JP5398982B2 - Nanoparticles containing RNA ligands - Google Patents

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Description

本発明はナノ粒子、より詳しくは、低分子干渉RNA(siRNA)およびマイクロRNA(miRNA)などのRNAリガンドを含むナノ粒子、および種々の用途におけるその使用に関する。   The present invention relates to nanoparticles, and more particularly to nanoparticles comprising RNA ligands such as small interfering RNA (siRNA) and microRNA (miRNA), and their use in various applications.

小さなRNA分子は、遺伝子発現の調節において多様な役割を果たすことがわかっている。これらとしては、低分子干渉RNA(siRNA)によるmRNAのターゲッティングされた分解、転写後遺伝子サイレンシング(PTG)、マイクロRNA(miRNA)による、発生的に調節されたmRNAの配列特異的翻訳抑制およびターゲッティングされた転写遺伝子サイレンシングが挙げられる。RNAi活性はトランスポゾン可動化を制限し、抗ウイルス防御を提供する(Pal-Bhadraら、2004)。異質染色質複合体のターゲッティングおよび特定の染色体上の遺伝子座でのエピジェネティックな遺伝子サイレンシングにおけるRNAi機構および低分子RNAの役割も実証されている(Verdelら、2004)。また、低分子阻害RNA(siRNA)またはRNA干渉(RNAi)として知られる二本鎖RNA(dsRNA)依存性転写後サイレンシングは、dsRNA複合体が短期間、サイレンシングのために特定の相同な遺伝子をターゲッティングできる現象である。シグナルとして作用して配列同一性を有するmRNAの分解を促進する。20ntのsiRNAは一般に、遺伝子特異的サイレンシングを誘導するには十分に長いが、宿主応答を逃れるには十分に短い(Elbashirら、2001)。ターゲッティングされた遺伝子産物の発現の減少は大きなものであり得、数分子のsiRNAによって90%サイレンシングが誘導される。   Small RNA molecules have been found to play diverse roles in regulating gene expression. These include targeted degradation of mRNA by small interfering RNA (siRNA), post-transcriptional gene silencing (PTG), and sequence-specific translational repression and targeting of developmentally regulated mRNA by microRNA (miRNA). Transcribed gene silencing. RNAi activity limits transposon mobilization and provides antiviral protection (Pal-Bhadra et al., 2004). The RNAi mechanism and the role of small RNAs in targeting heterochromatin complexes and epigenetic gene silencing at specific chromosomal loci have also been demonstrated (Verdel et al., 2004). In addition, double-stranded RNA (dsRNA) -dependent post-transcriptional silencing, also known as small inhibitory RNA (siRNA) or RNA interference (RNAi), is a specific homologous gene for dsRNA complexes for short-term silencing. It is a phenomenon that can be targeted. Acts as a signal to promote degradation of mRNA with sequence identity. A 20 nt siRNA is generally long enough to induce gene-specific silencing but short enough to escape the host response (Elbashir et al., 2001). The reduction in expression of the targeted gene product can be significant, with 90% silencing induced by several molecules of siRNA.

低分子オリゴヌクレオチドの送達は遺伝子療法に伴う困難を回避できるので、siRNAの使用は、従来の遺伝子療法を越える利点を有し得る。今日まで、in vivoでのベクターベースの治療遺伝子の効率的な送達が、依然として遺伝子療法の成功への障害となっている。siRNAによる標的遺伝子のノックダウンは永久的なものではないが、単一のsiRNAトランスフェクションが、親ならびに後代の細胞において標的タンパク質の阻害の延長をもたらし得るということが観察されている(Tuschl、2001)。しかし、siRNAの送達の技術分野には依然として問題がある。   The use of siRNA can have advantages over conventional gene therapy, since delivery of small oligonucleotides can avoid the difficulties associated with gene therapy. To date, efficient delivery of vector-based therapeutic genes in vivo remains a hindrance to the success of gene therapy. Although knockdown of the target gene by siRNA is not permanent, it has been observed that single siRNA transfection can result in prolonged inhibition of the target protein in parental and progeny cells (Tuschl, 2001). ). However, there are still problems in the technical field of siRNA delivery.

WO02/32404(Consejo Superior de Investigaciones Scientificas)には、炭水化物を含むリガンドがナノ粒子のコアと共有結合している、金属または半導体原子から形成されるナノ粒子が開示されている。これらのナノ粒子は炭水化物によって媒介される相互作用を改変するために用いられ、可溶性であり、非毒性である。GB-A-0313259.4(Consejo Superior de Investigaciones Scientificas and Midatech Limited)からの優先権を主張するPCT出願には、不動態化金属原子および磁性金属原子を含むコアであって、リガンドと共有結合しているコアを有する磁性ナノ粒子が開示されている。   WO02 / 32404 (Consejo Superior de Investigaciones Scientificas) discloses nanoparticles formed from metal or semiconductor atoms in which a carbohydrate-containing ligand is covalently bound to the core of the nanoparticle. These nanoparticles are used to modify carbohydrate-mediated interactions and are soluble and non-toxic. The PCT application claiming priority from GB-A-0313259.4 (Consejo Superior de Investigaciones Scientificas and Midatech Limited) is a core containing passivated and magnetic metal atoms, covalently bound to the ligand Magnetic nanoparticles having a core are disclosed.

発明の概要
概して、本発明は、金属および/または半導体原子を含有し、RNAリガンドを結合しているコアを有することを含むナノ粒子に関する。RNAリガンドとは一般に、低分子干渉RNA(siRNA)およびマイクロRNA配列(miRNA)を模倣するよう設計された短いRNA配列である。ナノ粒子はRNAリガンドを送達するために使用でき、広範な適用において、in vitro系および治療適用または診断適用のための用途がある。一例として、本発明のナノ粒子は(1)ターゲッティングされた転写遺伝子サイレンシングに、(2)ターゲッティングされたmRNA分解に、(3)mRNAのイメージングに、(4)同一または異なるナノ粒子上の複数のRNAリガンドを用いることによる経路の阻害に、(5)例えば、肺へのエアゾール送達に、(6)siRNA耐性mRNAをターゲッティングするためにmRNAサイレンシングと組み合わせて、および(7)機能ゲノミクスにおけるツールを用いるために使用できる。
SUMMARY OF THE INVENTION In general, the present invention relates to nanoparticles comprising metal and / or semiconductor atoms and having a core bound to an RNA ligand. RNA ligands are generally short RNA sequences designed to mimic small interfering RNA (siRNA) and microRNA sequences (miRNA). Nanoparticles can be used to deliver RNA ligands and in a wide range of applications have in vitro systems and uses for therapeutic or diagnostic applications. As an example, the nanoparticles of the present invention can be used for (1) targeted transcriptional gene silencing, (2) targeted mRNA degradation, (3) mRNA imaging, (4) multiple on the same or different nanoparticles. Inhibiting pathways by using RNA ligands of (5) for example, aerosol delivery to the lung, (6) in combination with mRNA silencing to target siRNA resistant mRNA, and (7) tools in functional genomics Can be used to

当技術分野では、短いRNA配列を、その起源に応じて「低分子干渉RNA」(siRNA)または「マイクロRNA」(miRNA)と呼ぶ。両種類の配列とも、相補的RNA(nmRNA)と結合し、mRNA排除を引き起こすか(RNAi)、mRNAのタンパク質への翻訳を停止することのいずれかによって遺伝子発現をダウンレギュレートするために使用できる。siRNAは長い二本鎖RNAをプロセシングすることによって得られ、自然界に見出される場合には、通常、外因性起源のものである。マイクロ干渉RNA(miRNA)は内因的にコードされる小さな非コードRNAであり、短いヘアピンのプロセシングによって得られる。siRNAとmiRNAは双方とも、RNAを切断せずに部分的に相補的な標的配列を保持するmRNAの翻訳を阻害し、完全に相補的な配列を保持するmRNAを分解できる。RNAi経路はまた、Science、301:1060〜1061頁、2003に論じられるようにゲノムにも作用する。   In the art, short RNA sequences are referred to as “small interfering RNA” (siRNA) or “microRNA” (miRNA) depending on their origin. Both types of sequences can be used to down-regulate gene expression by either binding to complementary RNA (nmRNA) and causing mRNA exclusion (RNAi) or stopping translation of mRNA into protein. . siRNAs are obtained by processing long double stranded RNAs and are usually of exogenous origin when found in nature. Micro-interfering RNA (miRNA) is a small, non-coding RNA that is endogenously encoded and obtained by short hairpin processing. Both siRNA and miRNA can inhibit translation of mRNA that retains a partially complementary target sequence without cleaving the RNA, and can degrade mRNA that retains a completely complementary sequence. The RNAi pathway also acts on the genome as discussed in Science, 301: 10106-1061, 2003.

ナノ粒子と会合しているRNAは一本鎖である場合も二本鎖(duplex)である場合もある。miRNA様配列をリガンドとして用いる場合には、RNA配列はヘアピンであり得る、すなわち、アニーリングしてヘアピンを形成し得る、その末端に向かって部分的に相補的な領域を含み得る。ナノ粒子は、さらなる種類のリガンド、例えば、糖ナノ粒子を形成するための炭水化物、および/または2種以上の種類のsiRNAを場合により含み得る。ナノ粒子およびその使用を以下により詳細に論じる。siRNAのナノ粒子への結合は、siRNAに血中、組織培養培地中または細胞内に存在するエキソリボヌクレアーゼからの保護を提供できることが有利である。   The RNA associated with the nanoparticle may be single-stranded or double-stranded. When miRNA-like sequences are used as ligands, the RNA sequences can be hairpins, i.e., contain regions that are partially complementary towards the ends that can be annealed to form hairpins. The nanoparticles can optionally include additional types of ligands, such as carbohydrates to form sugar nanoparticles, and / or two or more types of siRNA. Nanoparticles and their uses are discussed in more detail below. Advantageously, the binding of siRNA to the nanoparticles can provide protection from exoribonucleases present in the siRNA in the blood, tissue culture medium or cells.

したがって、第1の態様では、本発明は、金属および/または半導体原子を含有するコアを含み、そのコアが、RNAリガンドを含む複数のリガンドと共有結合しているナノ粒子を提供する。   Accordingly, in a first aspect, the present invention provides a nanoparticle comprising a core containing metal and / or semiconductor atoms, wherein the core is covalently bound to a plurality of ligands including an RNA ligand.

ナノ粒子を形成するsiRNAリガンドは一本鎖であっても二本鎖(duplex)であってもよい。しかし、標的遺伝子の機能のRNA媒介性ダウンレギュレーションの有効性を最適化するためには、siRNA分子の長さを、mRNA標的のsiRNAによる認識を媒介するRISC複合体によるsiRNAの正確な認識を確実にするよう選択することが好ましく、ナノ粒子をin vivoで投与する場合には、siRNAが宿主応答を低減するのに十分に短いことが好ましい。   The siRNA ligand that forms the nanoparticle may be single-stranded or double-stranded. However, in order to optimize the effectiveness of RNA-mediated down-regulation of target gene function, the length of the siRNA molecule ensures the correct recognition of the siRNA by the RISC complex that mediates siRNA recognition of the mRNA target. Preferably, the siRNA is short enough to reduce the host response when the nanoparticles are administered in vivo.

miRNAリガンドは、通常、一本鎖であり、部分的に相補的な、リガンドがヘアピンを形成するのを可能にする領域を有する。miRNAは、通常、一本鎖RNAの形であり、その他の遺伝子の発現を調節すると考えられている。miRNAは、DNAから転写されるが、タンパク質に翻訳されないRNA遺伝子である。miRNA遺伝子をコードするDNA配列はmiRNAよりも長い。このDNA配列は、miRNA配列と適当な逆向き相補体とを含む。このDNA配列が一本鎖RNA分子に転写されると、miRNA配列およびその逆向き相補体塩基対が二本鎖RNAセグメントを形成し、このRNA構造全体がヘアピン構造と呼ばれる(「ショートヘアピンRNA」またはshRNA)。次いで、ダイサー酵素がヘアピン構造から二本鎖領域を切断し、成熟miRNAを放出する。   miRNA ligands are usually single-stranded and have partially complementary regions that allow the ligand to form a hairpin. miRNAs are usually in the form of single-stranded RNA and are thought to regulate the expression of other genes. miRNAs are RNA genes that are transcribed from DNA but not translated into protein. The DNA sequence encoding the miRNA gene is longer than the miRNA. This DNA sequence includes the miRNA sequence and the appropriate reverse complement. When this DNA sequence is transcribed into a single-stranded RNA molecule, the miRNA sequence and its reverse complement base pair form a double-stranded RNA segment, and the entire RNA structure is called the hairpin structure (`` short hairpin RNA '' Or shRNA). Dicer enzyme then cleaves the double stranded region from the hairpin structure, releasing the mature miRNA.

shRNAは、RNAポリメラーゼIIIプロモーター、例えば、ヒトH1または7SKプロモーターの制御下にshRNA配列をコードするDNA構築物で、細胞をトランスフェクトすることによって細胞内で産生させることができる。あるいは、shRNAは、外因的に合成し、細胞に直接導入することもできる。   shRNA can be produced intracellularly by transfecting cells with a DNA construct that encodes an shRNA sequence under the control of an RNA polymerase III promoter, eg, the human H1 or 7SK promoter. Alternatively, shRNA can be synthesized exogenously and introduced directly into cells.

通常、siRNAまたはmiRNAの作用を模倣するよう意図されるRNAリガンドは、10と40リボヌクレオチド(または、その合成類似体)の間、より好ましくは、17と30リボヌクレオチドの間、より好ましくは、19と25リボヌクレオチドの間、最も好ましくは、21と23リボヌクレオチドの間を有する。二本鎖siRNAを用いる本発明の実施形態の中には、分子が、例えば、1個または2個の(リボ)ヌクレオチドの合成3'オーバーハング、通常、dTdT3'オーバーハングのUUを有する場合もある。   Usually, RNA ligands intended to mimic the action of siRNA or miRNA are between 10 and 40 ribonucleotides (or synthetic analogues thereof), more preferably between 17 and 30 ribonucleotides, more preferably It has between 19 and 25 ribonucleotides, most preferably between 21 and 23 ribonucleotides. In some embodiments of the invention using double stranded siRNA, the molecule may have, for example, a synthetic 3 ′ overhang of 1 or 2 (ribo) nucleotides, usually a UU of a dTdT3 ′ overhang. is there.

miRNAがshRNAの切断によって生じる場合には、shRNA配列は40塩基と100塩基の間の長さであることが好ましく、40塩基と70塩基の間の長さであることがより好ましい。ヘアピンのステムは19塩基対と30塩基対の間の長さであることが好ましい。ステムは、ヘアピン構造を安定化するためにG-U対形成を含み得る。   When miRNA is generated by cleavage of shRNA, the shRNA sequence is preferably between 40 and 100 bases in length, more preferably between 40 and 70 bases in length. The stem of the hairpin is preferably between 19 and 30 base pairs in length. The stem can include GU pairing to stabilize the hairpin structure.

二本鎖RNAを用いる実施形態では、センスおよびアンチセンス鎖をアニーリングして二本鎖を形成することができる。ナノ粒子を形成するために反応混合物に二本鎖を含めることによって、RNAが粒子の自己組織化の際にコアと結合できる。二本鎖siRNAの誘導体化された末端の数に応じて(4つの可能性、各鎖の5'および3'末端)、単一のsiRNA二本鎖に、4個までのナノ粒子が結合され得、理論上は各二本鎖siRNAにつき15種までの可能性ある構築物が形成され、これらのうち1種が4個のナノ粒子を有し(各末端に2個)、4種が1個のナノ粒子を有し、6種が2個のナノ粒子を有し、4種が3個のナノ粒子を有する。一本鎖siRNAを用いる場合には、ナノ粒子コアは、siRNAの誘導体化された末端のいずれかまたは双方(すなわち、5'または3'末端)に結合され得、例えば、3種の異なる種類のナノ粒子が生じる。これらのナノ粒子はこの形で用いてもよいし、または本方法に、ナノ粒子を含むsiRNAをsiRNAの相補鎖とアニーリングするというさらなるステップを適宜含めてもよく、それによってin situで予め形成されたナノ粒子上に二本鎖が形成される。miRNA様リガンドの形成では、RNA配列の末端に、通常、1個または2個のナノ粒子が結合される。   In embodiments using double stranded RNA, the sense and antisense strands can be annealed to form a double strand. By including double strands in the reaction mixture to form nanoparticles, RNA can bind to the core during particle self-assembly. Depending on the number of derivatized ends of the double-stranded siRNA (4 possibilities, 5 'and 3' ends of each strand), up to 4 nanoparticles are bound to a single siRNA duplex In theory, up to 15 possible constructs are formed for each double-stranded siRNA, one of which has 4 nanoparticles (2 at each end) and 4 of which are 1 6 types have 2 nanoparticles and 4 types have 3 nanoparticles. When single-stranded siRNA is used, the nanoparticle core can be attached to either or both derivatized ends of the siRNA (i.e., the 5 ′ or 3 ′ end), e.g., three different types of Nanoparticles are produced. These nanoparticles may be used in this form, or the method may optionally include an additional step of annealing the siRNA containing nanoparticles with the complementary strand of the siRNA, thereby pre-forming in situ. Double strands are formed on the nanoparticles. In the formation of miRNA-like ligands, usually one or two nanoparticles are bound to the end of the RNA sequence.

したがって、さらなる態様では、本発明は、本明細書に記載されるナノ粒子の製造方法を提供する。本方法は、RNAの鎖(両鎖)をリンカーを用いて誘導体化し、誘導体化されたRNAを、ナノ粒子のコアが合成される反応混合物に含めることによって、RNAリガンドをナノ粒子のコアにコンジュゲートすることを含むことが好都合である。ナノ粒子の自己組織化の際、ナノ粒子コアはリンカーを介してRNAと結合する。リンカーはジスルフィドリンカー、例えば、混合ジスルフィドリンカーであることが好ましいが、エチレンリンカーまたはペプチドリンカーも使用できる。例示的リンカー基は、一般式HO-(CH2)n-S-S-(CH2)m-OH(式中、nおよびmは独立に1と5の間である)によって表される。RNAは末端リン酸基を介して、好ましい混合ジスルフィドリンカーの場合には、末端ヒドロキシ基の1個を介してスペーサーと結合させられることが好都合である。ナノ粒子を合成する場合には、リンカーの-S-S-を分割して2個のチオリンカーを形成し、-S-基を介してそれらが各々ナノ粒子のコアと共有結合できる。混合ジスルフィドリンカーの使用は、RNA二量体の形成を避けるのに役立つ。 Accordingly, in a further aspect, the present invention provides a method for producing the nanoparticles described herein. The method involves derivatizing RNA strands (both strands) with a linker and conjugated the RNA ligand to the nanoparticle core by including the derivatized RNA in the reaction mixture in which the nanoparticle core is synthesized. Conveniently including gating. During nanoparticle self-assembly, the nanoparticle core binds to RNA via a linker. The linker is preferably a disulfide linker, such as a mixed disulfide linker, although ethylene linkers or peptide linkers can also be used. Exemplary linker groups are represented by the general formula HO— (CH 2 ) n —SS— (CH 2 ) m —OH, where n and m are independently between 1 and 5. The RNA is conveniently attached to the spacer via a terminal phosphate group and, in the case of the preferred mixed disulfide linker, via one of the terminal hydroxy groups. When synthesizing nanoparticles, the linker -SS- can be split to form two thiolinkers, which can each be covalently bonded to the nanoparticle core via the -S- group. The use of mixed disulfide linkers helps avoid the formation of RNA dimers.

上記で示したように、ナノ粒子コアと結合しているRNAが一本鎖である場合には、本方法に、第1鎖と相補的であるRNA分子をアニーリングし、ナノ粒子と結合している二本鎖RNAリガンドを提供するというさらなるステップを含めてもよい。ジスルフィドリンカーで鎖の一方または双方が官能基化された、アニーリングしている二本鎖RNAを含むナノ粒子を調製することも可能である。あるいはまたはさらに、RNAのセンスおよびアンチセンス鎖を異なるナノ粒子と結合し、一緒にアニーリングすることもできる。   As indicated above, when the RNA bound to the nanoparticle core is single stranded, the method anneals RNA molecules that are complementary to the first strand and binds to the nanoparticles. A further step of providing the present double stranded RNA ligand may be included. It is also possible to prepare nanoparticles containing an annealed double-stranded RNA, with one or both of the strands functionalized with a disulfide linker. Alternatively or additionally, the sense and antisense strands of RNA can be combined with different nanoparticles and annealed together.

本発明の好ましい実施形態では、二本鎖RNAがナノ粒子の自己組織化において組み込まれるよう、RNAの末端の一方または双方を混合ジスルフィドで誘導体化できる。ナノ粒子への二本鎖の組み込みの後、RNAと混合ジスルフィドの化学成分の双方がビーズに組み込まれる。その結果、混合ジスルフィドの化学組成物はそれ自体で重要な情報、例えば、ターゲッティング特性(例えば、特異的結合対の一員)を含むことができ、または最終的に形成されたナノ粒子にさらなる物理特徴を提供する可能性がある。混合ジスルフィドは、センスまたはアンチセンス鎖の3'末端(または両末端)または5'末端(または両末端)のいずれかと結合できる。   In a preferred embodiment of the invention, one or both ends of the RNA can be derivatized with mixed disulfides so that double-stranded RNA is incorporated in the self-assembly of the nanoparticles. After incorporation of the double strand into the nanoparticle, both the RNA and mixed disulfide chemical components are incorporated into the beads. As a result, the mixed disulfide chemical composition can itself contain important information, such as targeting properties (e.g., members of a specific binding pair), or additional physical characteristics in the final formed nanoparticles. May offer. Mixed disulfides can be attached to either the 3 ′ end (or both ends) or 5 ′ end (or both ends) of the sense or antisense strand.

一実施形態では、WO02/32404に最初に記載されたプロトコールを用いて金原子を含むコアを有するナノ粒子を合成でき、これでは、ジスルフィドリンカーを用いてリガンドを誘導体化し、還元剤の存在下で誘導体化されたリガンドをHAuC14(テトラクロロ金酸)と反応させてナノ粒子を製造する。この方法では、メタノールまたは水中のジスルフィド保護されたRNAを、テトラクロロ金酸の水溶液に加えることができる。好ましい還元剤としては、水素化ホウ素ナトリウムがある。この方法のこれらまたはその他の特徴はWO02/32404に記載されている。 In one embodiment, nanoparticles having a core containing a gold atom can be synthesized using the protocol originally described in WO02 / 32404, in which a disulfide linker is used to derivatize the ligand in the presence of a reducing agent. The derivatized ligand is reacted with HAuC1 4 (tetrachloroauric acid) to produce nanoparticles. In this method, disulfide protected RNA in methanol or water can be added to an aqueous solution of tetrachloroauric acid. A preferred reducing agent is sodium borohydride. These or other features of this method are described in WO02 / 32404.

いくつかの適用では、複数の異なるRNA分子を使用できる。これらは1セットのナノ粒子とコンジュゲートしている異なるリガンドとして提供される場合もあるし、または異なるRNA分子がナノ粒子の別個の集団であり、適宜一緒に混合される場合もある。第1の場合では、当業者ならば産物の混合はRNAのナノ粒子とのコンジュゲーションの結果起こり、上記で示したように一連のナノ粒子は種々の産物を含み得るということは理解されよう。複数のリガンドを用いる場合には、siRNAおよびmiRNAの双方を模倣するリガンドを使用できる。   In some applications, multiple different RNA molecules can be used. These may be provided as different ligands conjugated to a set of nanoparticles, or different RNA molecules may be separate populations of nanoparticles and mixed together as appropriate. In the first case, one of ordinary skill in the art will appreciate that mixing of products occurs as a result of conjugation of RNA to nanoparticles, and as indicated above, a series of nanoparticles can contain various products. When using multiple ligands, ligands that mimic both siRNA and miRNA can be used.

RNA分子に加え、ナノ粒子は1種または複数のさらなる種類のリガンドを含むことができ、および/または、RNAリガンドは、RNA成分に加え、1種または複数の異なる種類の基またはドメインを含み得る。例えば、さらなるリガンドまたはリガンドの基もしくはドメインは、1種または複数のペプチド、タンパク質ドメイン、核酸分子、脂質基、炭水化物基、いずれかの有機基または陰イオン基または陽イオン基を含み得る。炭水化物基は多糖、オリゴ糖または単糖基であり得る。好ましいリガンドは、複合糖質を含み、それによって糖ナノ粒子が形成される。ナノ粒子の使用に関する議論で以下に示すように、リガンド(RNAまたはさらなるリガンド)は特異的結合対の一員であり得、特異的結合対のもう一方の一員が存在する標的位置への、ナノ粒子のターゲッティングに用いることができる。RNAリガンドに加え、核酸分子が存在する場合には、核酸分子は一本鎖または二本鎖DNAまたはRNAを含み得る。粒子はそれに固定化された2種以上の種のリガンド、例えば、2、3、4、5、10、20または100種の異なるリガンドを有し得る。あるいはまたはさらに、複数の異なる種類のナノ粒子を一緒に使用してもよい。好ましい実施形態では、粒子の個々の金属コアと結合している全リガンドの平均数は少なくとも1リガンドであり50リガンドがより好ましく、60リガンドが最も好ましい。   In addition to RNA molecules, nanoparticles can include one or more additional types of ligands, and / or RNA ligands can include one or more different types of groups or domains in addition to RNA components. . For example, the additional ligand or group or domain of the ligand may comprise one or more peptides, protein domains, nucleic acid molecules, lipid groups, carbohydrate groups, any organic group or anionic or cationic group. The carbohydrate group can be a polysaccharide, oligosaccharide or monosaccharide group. Preferred ligands include glycoconjugates, thereby forming sugar nanoparticles. As shown below in the discussion on the use of nanoparticles, the ligand (RNA or additional ligand) can be a member of a specific binding pair and the nanoparticle to the target location where the other member of the specific binding pair is present. Can be used for targeting. In addition to RNA ligands, where a nucleic acid molecule is present, the nucleic acid molecule can include single-stranded or double-stranded DNA or RNA. The particles can have more than one type of ligand immobilized thereon, for example 2, 3, 4, 5, 10, 20 or 100 different ligands. Alternatively or additionally, a plurality of different types of nanoparticles may be used together. In a preferred embodiment, the average number of total ligands bound to the individual metal cores of the particle is at least 1 ligand, more preferably 50 ligands and most preferably 60 ligands.

ナノ粒子は平均直径が0.5と50nmの間の、より好ましくは、0.5と10nmの間の、より好ましくは1.0と5nmの間の、さらにより好ましくは、3.0と7.0nmの間のコアを有することが好ましい。コアに加えてリガンドを考慮する場合には、粒子の全平均直径が5.0と100nmの間であることが好ましく、5と50nmの間がより好ましく、10と30nmの間が最も好ましい。平均直径は当技術分野で周知の技術、例えば、透過型電子顕微鏡を用いて測定できる。   The nanoparticles have a core with an average diameter between 0.5 and 50 nm, more preferably between 0.5 and 10 nm, more preferably between 1.0 and 5 nm, even more preferably between 3.0 and 7.0 nm. Is preferred. When considering ligands in addition to the core, the total average diameter of the particles is preferably between 5.0 and 100 nm, more preferably between 5 and 50 nm, most preferably between 10 and 30 nm. The average diameter can be measured using techniques well known in the art, such as a transmission electron microscope.

コア物質は金属または半導体であり得、2種以上の種類の原子から形成される場合もある。コア物質はAu、FeまたはCuから選択される金属であることが好ましい。ナノ粒子コアはまた、Au/Fe、Au/Cu、Au/Gd、Au/Fe/Cu、Au/Fe/GdおよびAu/Fe/Cu/Gdをはじめとする合金から形成される場合もあり、本発明に使用できる。好ましいコア物質は、AuおよびFeであり、最も好ましい物質はAuである。ナノ粒子のコアは、約100と500原子(例えば、金原子)の間を含み、ナノメートル範囲のコアの直径を提供することが好ましい。その他の特に有用なコア物質は、NMR活性である1種または複数の原子がドープされており、in vitroおよびin vivoの双方でNMRを用いてナノ粒子が検出されるのを可能にする。NMR活性原子の例としては、Mn+2、Gd+3、Eu+2、Cu+2、V+2、Co+2、Ni+2、Fe+2、Fe+3およびランタニド+3または本願の別の場所に記載される量子ドットが挙げられる。 The core material may be a metal or a semiconductor and may be formed from more than one type of atom. The core material is preferably a metal selected from Au, Fe or Cu. Nanoparticle cores may also be formed from alloys including Au / Fe, Au / Cu, Au / Gd, Au / Fe / Cu, Au / Fe / Gd and Au / Fe / Cu / Gd, Can be used in the present invention. Preferred core materials are Au and Fe, and the most preferred material is Au. The core of the nanoparticle preferably comprises between about 100 and 500 atoms (eg, gold atoms) to provide a core diameter in the nanometer range. Other particularly useful core materials are doped with one or more atoms that are NMR active, allowing the nanoparticles to be detected using NMR both in vitro and in vivo. Examples of NMR active atoms include Mn + 2 , Gd + 3 , Eu + 2 , Cu + 2 , V + 2 , Co + 2 , Ni + 2 , Fe + 2 , Fe + 3 and lanthanide + 3 or Examples include quantum dots described elsewhere.

半導体原子を含むナノ粒子コアは、量子ドットとして作用できる、すなわち、光を吸収でき、それによって物質中の電子をより高いエネルギーレベルに励起し、続いて、物質に特徴的な周波数で光の光子を放出するナノメートルスケールの半導体結晶として検出できる。半導体コア物質の一例としては、セレン化カドミウム、硫化カドミウム、テルル化カドミウムがある。また、硫化亜鉛などの亜鉛化合物も含まれる。   Nanoparticle cores containing semiconductor atoms can act as quantum dots, i.e. they can absorb light, thereby exciting electrons in the material to higher energy levels, followed by photons of light at a frequency characteristic of the material. Can be detected as a semiconductor crystal of nanometer scale that emits. Examples of semiconductor core materials include cadmium selenide, cadmium sulfide, and cadmium telluride. Also included are zinc compounds such as zinc sulfide.

いくつかの実施形態では、本発明のナノ粒子またはRNA分子は検出可能な標識を含む。標識はナノ粒子のコアまたはRNAリガンドまたは別のリガンドの要素であり得る。標識は、ナノ粒子のその要素の固有の特性によって、または検出可能であるさらなる部分と結合、コンジュゲートまたは会合していることによって検出できる。標識の好ましい例としては、蛍光基、放射性核種、磁性標識または色素である標識が挙げられる。蛍光基としては、フルオレセイン、ローダミンまたはテトラメチルローダミン、テキサスレッド、Cy3、Cy5などが挙げられ、蛍光標識の励起およびラマン散乱分光法を用いる放射光の検出によって検出できる(Y.C.Cao、R.Jin、C.A.Mirkin、Science 2002、297:1536〜1539頁)。   In some embodiments, the nanoparticles or RNA molecules of the invention comprise a detectable label. The label can be the core of the nanoparticle or an RNA ligand or an element of another ligand. The label can be detected by the intrinsic properties of the element of the nanoparticle or by being bound, conjugated or associated with a further moiety that is detectable. Preferable examples of the label include a fluorescent group, a radionuclide, a magnetic label, or a label that is a dye. Fluorescent groups include fluorescein, rhodamine or tetramethylrhodamine, Texas Red, Cy3, Cy5, etc., which can be detected by fluorescence label excitation and detection of synchrotron radiation using Raman scattering spectroscopy (YCCao, R. Jin, CAMirkin, Science 2002, 297: 1536-1539).

いくつかの実施形態では、ナノ粒子は、例えば、PET、SPECTを用いることによって、放射性核種によって放射される放射能を用いてナノ粒子を検出するのに用いる放射性核種、または治療用、すなわち、標的細胞を死滅させるための放射性核種を含み得る。本発明における使用に容易に適応させることができる当技術分野でよく用いられる放射性核種の例としては、種々の酸化状態で存在するが、最も安定なものはTcO4-である99mTc、32Pまたは33P、57Co、59Fe、Cu2+塩として用いられることが多い67Cu、Ga3+塩、例えば、クエン酸ガリウムがよく用いられる67Ga、68Ge、82Sr、99Mo、103Pd、通常In3+塩として用いられる111In、通常ヨウ化ナトリウムとして用いられる、125Iまたは131I、137Cs、153Gd、153Sm、158Au、186Re、通常塩化タリウムなどのTl+塩として用いられる201Tl、39Y3+71Lu3+および24Cr2+が挙げられる。標識およびトレーサーとしての放射性核種の一般的な使用は当技術分野では周知であり、当業者であれば本発明の態様における使用に容易に適応させることができる。放射性核種はナノ粒子のコアをドープすることによって、またはナノ粒子上に固定化されたリガンドの一部として存在する標識としてそれらを含めることによって最も容易に使用できる。 In some embodiments, the nanoparticle is a radionuclide used to detect the nanoparticle using radioactivity emitted by the radionuclide, e.g., by using PET, SPECT, or therapeutic, i.e. target It may contain a radionuclide for killing the cells. Examples of radionuclides commonly used in the art that can be easily adapted for use in the present invention are present in various oxidation states, the most stable being TcO 4- 99m Tc, 32 P Or 67 Cu, Ga 3+ salt, often used as 33 P, 57 Co, 59 Fe, Cu 2+ salt, for example, 67 Ga, 68 Ge, 82 Sr, 99 Mo, 103 Pd, usually 111 In used as an In 3+ salt, usually used as sodium iodide, 125 I or 131 I, 137 Cs, 153 Gd, 153 Sm, 158 Au, 186 Re, usually Tl + salts such as thallium chloride 201 Tl, 39 Y 3+ , 71 Lu 3+ and 24 Cr 2+ used as The general use of radionuclides as labels and tracers is well known in the art and can be readily adapted by those skilled in the art for use in embodiments of the present invention. Radionuclides are most easily used by doping the core of the nanoparticle or by including them as labels that are present as part of the ligand immobilized on the nanoparticle.

さらにまたはあるいは、本発明のナノ粒子、またはその他の種とのそれらの相互作用の結果は、上記に示されるようなナノ粒子と会合している標識を用いて、またはそれらの特性を用いることによって当技術分野で周知のいくつかの技術を用いて検出できる。これらのナノ粒子の検出方法は、例えば、簡単な目視検査による、または光散乱(ナノ粒子を含有する溶液の透過率)を用いることによるナノ粒子が別の種と結合する場合に生じる凝集の検出から、ナノ粒子を可視化するための透過型電子顕微鏡(TEM)または原子間力顕微鏡(AFM)などの洗練された技術の使用にまでに及ぶ。金属粒子を検出するさらなる方法としては、通常光学的放射によって引き起こされる金属の表面の電子の励起であるプラズモン共鳴を用いることがある。表面プラズモン共鳴(SPR)という現象は、金属(例えば、AgまたはAu)と空気または水などの誘電体との界面に存在する。分析物がナノ粒子の表面に固定化されたリガンドと結合し、界面の屈折率が変化すると、SPRの変化が生じる。SPRのさらなる利点は、リアルタイム相互作用をモニターするために使用できることである。上記で記載したように、ナノ粒子が、NMR活性である原子を含むか、それでドープされている場合、この技術を用い、当技術分野で周知の技術を用いてin vitroまたはin vivoの双方で粒子を検出できる。ナノ粒子はまた、ナノ粒子によって促進される銀(I)の還元を用いる定量的シグナル増幅に基づく系を用いても検出できる。ナノ粒子が蛍光プローブとしてリガンドを含む場合には蛍光分光法を使用できる。
また、炭水化物の同位体標識を使用して、その検出を容易にすることもできる。
Additionally or alternatively, the results of their interaction with the nanoparticles of the present invention, or other species, can be obtained by using labels associated with the nanoparticles as indicated above, or by using their properties. Detection can be accomplished using a number of techniques well known in the art. These nanoparticle detection methods, for example, detect aggregation that occurs when nanoparticles bind to another species by simple visual inspection or by using light scattering (transmittance of solutions containing nanoparticles). To the use of sophisticated techniques such as transmission electron microscopy (TEM) or atomic force microscopy (AFM) to visualize nanoparticles. A further method of detecting metal particles is to use plasmon resonance, which is excitation of electrons on the surface of the metal, usually caused by optical radiation. The phenomenon called surface plasmon resonance (SPR) exists at the interface between a metal (eg, Ag or Au) and a dielectric such as air or water. A change in SPR occurs when the analyte binds to the ligand immobilized on the surface of the nanoparticle and the refractive index of the interface changes. A further advantage of SPR is that it can be used to monitor real-time interactions. As described above, if the nanoparticles contain or are doped with atoms that are NMR active, this technique is used, both in vitro or in vivo, using techniques well known in the art. Particles can be detected. Nanoparticles can also be detected using a system based on quantitative signal amplification using silver (I) reduction promoted by nanoparticles. If the nanoparticles contain a ligand as a fluorescent probe, fluorescence spectroscopy can be used.
Carbohydrate isotope labels can also be used to facilitate its detection.

本発明は先行技術において提案されるその他の種類のアレイを上回る利点を有する、リガンドの球状アレイを提示する方法を提供する。詳しくは、ナノ粒子はほとんどの有機溶媒、特に水に可溶性である。これはその精製に用いることができ、重要なことに、粒子の表面に固定化されたリガンドを提示するためにそれらを溶液中で使用できるということを意味する。ナノ粒子が可溶性であるという事実は、天然のコンホメーションでリガンドを提示するという利点を有する。治療適用には、ナノ粒子は生理学的条件下で非毒性であり、可溶性であり、安定である。   The present invention provides a method for presenting a spherical array of ligands that has advantages over other types of arrays proposed in the prior art. Specifically, the nanoparticles are soluble in most organic solvents, particularly water. This can be used for its purification, and importantly it can be used in solution to present the ligands immobilized on the surface of the particles. The fact that the nanoparticles are soluble has the advantage of presenting the ligand in its natural conformation. For therapeutic applications, the nanoparticles are non-toxic under physiological conditions, soluble and stable.

いくつかの実施形態では、ナノ粒子のコアは磁性であり、磁性金属原子を、場合により不動態化金属原子と組み合わせて含み得る。一例として、不動態化金属は、金、白金、銀または銅であり得、磁性金属は鉄またはガドリニウムであり得る。好ましい実施形態では、不動態化金属は金であり、かつ、磁性金属は鉄である。この場合には、コア中の不動態化金属原子対磁性金属原子の割合は、約5:0.1と約2:5の間であることが好都合である。割合は約5:0.1と約5:1の間であることがより好ましい。本明細書において用語「不動態化金属」とは、磁性特性を示さず、酸化に対して化学的に安定である金属を指す。本発明の不動態化金属は反磁性であり得る。反磁性とは、すべての電子が対を形成しており、したがって、原子当たり、永久的な正味の磁気モーメントを有さない物質を指す。磁性物質はいくらかの対形成していない電子を有し、外部の磁場に対して正に影響を受ける。すなわち、外部磁場が電子が加えられる場にそって並ぶのを誘導し、そのようにして電子の磁気モーメントが整列される。磁性物質は常磁性、超常磁性または強磁性であり得る。常磁性物質は外部磁場に対してあまり影響を受けず、外部磁場が除去された場合にはその磁性特性を保持しない。強磁性物質は外部磁場に対して高度に影響を受け、隣接する原子が協力し、その電子スピンが平行であるために外部磁場が存在しない場合にも磁性ドメインを含む。外部磁場は、隣接するドメインの磁気モーメントを整列させ、磁性作用を拡大する。通常強磁性特性を有する極めて小さな粒子の物質は、300nm以下の粒子では協力作用が生じず、その結果、物質が永久的な磁性を有さないので強磁性ではない。しかし、粒子は依然として外部磁場に対して極めて影響を受けやすく、強力な常磁性特性を有し、超常磁性として知られている。本発明のナノ粒子は超常磁性であることが好ましい。   In some embodiments, the core of the nanoparticle is magnetic and may include magnetic metal atoms, optionally in combination with passivated metal atoms. As an example, the passivating metal can be gold, platinum, silver or copper and the magnetic metal can be iron or gadolinium. In a preferred embodiment, the passivating metal is gold and the magnetic metal is iron. In this case, the ratio of passivated metal atoms to magnetic metal atoms in the core is conveniently between about 5: 0.1 and about 2: 5. More preferably, the ratio is between about 5: 0.1 and about 5: 1. As used herein, the term “passivated metal” refers to a metal that does not exhibit magnetic properties and is chemically stable to oxidation. The passivating metal of the present invention can be diamagnetic. Diamagnetism refers to a material in which all electrons are paired and thus do not have a permanent net magnetic moment per atom. Magnetic materials have some unpaired electrons and are positively affected by external magnetic fields. That is, the external magnetic field induces alignment along the field where electrons are applied, and thus the magnetic moments of the electrons are aligned. The magnetic material can be paramagnetic, superparamagnetic or ferromagnetic. Paramagnetic materials are less sensitive to external magnetic fields and do not retain their magnetic properties when the external magnetic field is removed. Ferromagnetic materials are highly sensitive to external magnetic fields and include magnetic domains even in the absence of an external magnetic field because adjacent atoms cooperate and their electron spins are parallel. The external magnetic field aligns the magnetic moments of adjacent domains and expands the magnetic action. Usually very small particle materials with ferromagnetic properties are not ferromagnetic because particles below 300 nm do not cooperate and as a result the material does not have permanent magnetism. However, the particles are still very sensitive to external magnetic fields, have strong paramagnetic properties and are known as superparamagnetism. The nanoparticles of the present invention are preferably superparamagnetic.

常磁性金属を含むコアを有するナノ粒子の例としては、Mn+2、Gd+3、Eu+2、Cu+2、V+2、Co+2、Ni+2、Fe+2、Fe+3およびランタニド+3を含むものが挙げられる。 Examples of nanoparticles with cores containing paramagnetic metals include Mn +2 , Gd +3 , Eu +2 , Cu +2 , V +2 , Co +2 , Ni +2 , Fe +2 , Fe +3 And those containing lanthanide +3 .

その他の磁性ナノ粒子は、MnFe(スピネルフェライト)などの物質から形成することもでき、またはCoFe(コバルトフェライト)をナノ粒子に形成することもできる(磁性流体、上記で定義されるさらなるコア物質を添加して、または添加せずに)。このようなナノ粒子を製造するための自己組織化結合化学の例は、Biotechnol.Prog.、19:1095〜100頁(2003)、J.Am.Chem.Soc.125:9828〜33頁(2003)、J.Colloid Interface Sci.255:293〜8頁(2002)に示されている。   Other magnetic nanoparticles can be formed from materials such as MnFe (spinel ferrite) or CoFe (cobalt ferrite) can be formed into nanoparticles (ferrofluid, additional core material as defined above). With or without addition). Examples of self-assembled binding chemistry to produce such nanoparticles are Biotechnol.Prog., 19: 1095-100 (2003), J.Am.Chem.Soc.125: 9828-33 (2003 ), J. Colloid Interface Sci. 255: 293-8 (2002).

さらなる態様では、本発明は、1種または複数の上記で定義した粒子の集団を含む組成物を提供する。いくつかの実施形態では、ナノ粒子の集団は、種々の密度の、コアと結合している同一または異なるリガンドを有し得る。いくつかの場合では、複数のナノ粒子を標的部位に送達することができるよう、ナノ粒子をカプセル化することが望ましい場合がある。適したカプセル化技術は当業者には周知である。カプセル化されるナノ粒子の集団は、1種、2種、3種または複数の異なる種類であり得る。一実施形態では、本発明は、本明細書に定義されるナノ粒子のエアゾール組成物を提供する。本エアゾール組成物は、ナノ粒子と場合により希釈剤とを含み得る。これらの組成物の使用の例を以下に論じる。   In a further aspect, the present invention provides a composition comprising one or more populations of particles as defined above. In some embodiments, the population of nanoparticles can have the same or different ligands associated with the core at various densities. In some cases, it may be desirable to encapsulate the nanoparticles so that multiple nanoparticles can be delivered to the target site. Suitable encapsulation techniques are well known to those skilled in the art. The population of nanoparticles encapsulated can be one, two, three or more different types. In one embodiment, the present invention provides a nanoparticulate aerosol composition as defined herein. The aerosol composition may comprise nanoparticles and optionally a diluent. Examples of the use of these compositions are discussed below.

以下のナノ粒子の適用例は、本明細書に記載される技術の広い適用性を支持するよう、例示として提供するものであって、制限するものではない。siRNAの一般的な使用についての概説はDorseet & Tuschl、Nature Reviews、3:318〜329頁、2004に記載されている。   The following nanoparticle application examples are provided by way of illustration and not limitation to support the broad applicability of the techniques described herein. A review of the general use of siRNA is given in Dorseet & Tuschl, Nature Reviews, 3: 318-329, 2004.

さらなる態様では、本発明は、治療または診断に用いるための、上記で定義されるナノ粒子を提供する。   In a further aspect, the present invention provides a nanoparticle as defined above for use in therapy or diagnosis.

さらなる態様では、本発明は、ナノ粒子の投与によって寛解される状態を治療するための医薬を調製するための、上記で定義されるナノ粒子の使用を提供する。本発明にしたがって治療され得る特定の使用の例を、in vitroおよびin vivo使用双方におけるナノ粒子のその他の適用とともに以下に記載する。例えば、本明細書に記載されるナノ粒子またはその誘導体は、特にRNAリガンドの投与によって寛解される状態を治療するために、薬剤組成物に製剤し、種々の形で患者に投与できる。一例として、遺伝子がRNAによってダウンレギュレートされる、RNAによる遺伝子発現のダウンレギュレーションによって寛解される状態の治療に、またはRNAによってターゲッティングされ、ダウンレギュレートされる遺伝子の過剰発現と関連している状態の治療に、これを使用できる。   In a further aspect, the present invention provides the use of a nanoparticle as defined above for the preparation of a medicament for treating a condition ameliorated by administration of the nanoparticle. Examples of specific uses that can be treated according to the present invention are described below along with other applications of nanoparticles for both in vitro and in vivo use. For example, the nanoparticles or derivatives thereof described herein can be formulated into pharmaceutical compositions and administered to patients in various forms, particularly to treat conditions ameliorated by administration of RNA ligands. As an example, a condition in which the gene is down-regulated by RNA, treatment of a condition ameliorated by down-regulation of gene expression by RNA, or a condition associated with overexpression of a gene targeted and down-regulated by RNA This can be used to treat

遺伝子発現の調節
RNAリガンドを含むナノ粒子を用い、低分子干渉RNA(siRNA)によるmRNAのターゲッティングされた分解、転写後遺伝子サイレンシング(PTG)、マイクロRNA(miRNA)による発生的に調節されたmRNAの配列特異的翻訳抑制およびターゲッティングされた転写遺伝子サイレンシングをはじめ、いくつかの方法で遺伝子発現を調節できる。
Regulation of gene expression
Using RNA-containing nanoparticles, targeted degradation of mRNA by small interfering RNA (siRNA), post-transcriptional gene silencing (PTG), and developmentally regulated mRNA sequence-specific by microRNA (miRNA) Gene expression can be regulated in several ways, including translational repression and targeted transcriptional gene silencing.

一般的に言えば、本発明は、標的遺伝子のダウンレギュレーションのための本明細書に記載されるナノ粒子の使用を提供する。この適用では、ダウンレギュレーションは、例えば遺伝子発現を調べるためにin vitroである場合もあるし、注目する実験系においてか、医学的用途のためのいずれかでin vivoである場合もある。すなわち、ナノ粒子を、RNAによる標的遺伝子の発現のダウンレギュレーションによって寛解される状態を治療するための、または標的遺伝子の過剰発現と関連している状態を治療するための医薬の調製のために使用できる。例えば、状態としては、癌、例えば、Her2/Neu配列に基づいたRNAを用いて治療できる乳癌が挙げられる。本明細書に示したように、RNAによって提供されるダウンレギュレーションは実質的に一過性であり得るので、いくつかの実施形態では、ナノ粒子が、ナノ粒子が標的遺伝子をダウンレギュレートする細胞を治療または死滅させるための放射性核種、薬物またはその他の薬剤をさらに含むことが好ましい。   Generally speaking, the present invention provides the use of the nanoparticles described herein for down-regulation of target genes. In this application, downregulation may be in vitro, for example to examine gene expression, or in vivo, either in the experimental system of interest or for medical use. That is, the nanoparticles are used for the preparation of a medicament for treating a condition that is ameliorated by down-regulation of target gene expression by RNA or for treating a condition associated with overexpression of the target gene it can. For example, the condition includes cancer, eg, breast cancer that can be treated with RNA based on the Her2 / Neu sequence. As shown herein, the down-regulation provided by RNA can be substantially transient, so in some embodiments the nanoparticle is a cell in which the nano-particle down-regulates the target gene. Preferably, it further comprises a radionuclide, drug or other agent for treating or killing.

RNA干渉を用い、例えば、発癌遺伝子抑制のためにRNAを用いて、過剰活性遺伝子または遺伝子類と関連している何らかの疾患、例えば、ほとんどの種類の癌を治療できる。肝炎または過剰活性遺伝子発現が疾患病理に寄与しているその他の障害において細胞死受容体などの特定の遺伝子の活動を停止させることもRNA治療の目的である。本発明のナノ粒子を用いる治療にとって適した状態のさらなる例として、眼の黄斑変性症があり、または病原性ウイルスと、それらのRNAを無力にすることによって戦う手段としてのその天然の役割でRNAを適用することによっては、中でもHIV、C型肝炎またはインフルエンザが挙げられる(Check、2003;Zamoreら、2003;Songら、2003;Matzke & Matzke、2003)。   RNA interference can be used to treat any disease associated with an overactive gene or genes, eg, most types of cancer, using RNA for oncogenic gene suppression, for example. It is also the purpose of RNA therapy to stop the activity of certain genes such as cell death receptors in hepatitis or other disorders where overactive gene expression contributes to disease pathology. Further examples of conditions suitable for treatment using the nanoparticles of the present invention include macular degeneration of the eye, or RNA in its natural role as a means of fighting pathogenic viruses by disabling their RNA May include HIV, hepatitis C or influenza among others (Check, 2003; Zamore et al., 2003; Song et al., 2003; Matzke & Matzke, 2003).

経路のダウンレギュレーション
本発明により、2種以上のRNA分子を送達すること、当技術分野ではこれまで可能でなかったことが可能となることは、特に注目に値する。したがって、いくつかの実施形態では、本発明は、遺伝子経路において発現をダウンレギュレートするのに使用できる、同一のナノ粒子とコンジュゲートしているか、または少なくとも2種の異なる種類のナノ粒子の組成物中に存在している、少なくとも2種の異なるRNA配列を有するナノ粒子組成物を提供する。組成物中に存在するRNAリガンドの数は、経路の複雑性およびダウンレギュレーションのためにターゲッティングされる必要がある遺伝子の数に応じて変わる。研究または治療のいずれかのために、ターゲッティングされ得る経路の例としては、炎症経路、抗ウイルス経路、癌におけるシグナル伝達経路、転移経路または代謝経路が挙げられる。一例として、これとしては、II型糖尿病におけるグルコース産生のためのグルコース新生(neoglucgogenesis)経路の調節が挙げられる。
Pathway down-regulation It is particularly noteworthy that the present invention allows for the delivery of two or more RNA molecules, something that has never been possible before in the art. Thus, in some embodiments, the present invention provides a composition of at least two different types of nanoparticles that are conjugated to the same nanoparticles that can be used to down-regulate expression in the genetic pathway. Provided is a nanoparticle composition having at least two different RNA sequences present in the article. The number of RNA ligands present in the composition will vary depending on the complexity of the pathway and the number of genes that need to be targeted for down regulation. Examples of pathways that can be targeted for either research or treatment include inflammatory pathways, antiviral pathways, signaling pathways in cancer, metastatic pathways or metabolic pathways. As an example, this includes the regulation of the gluconeogenesis pathway for glucose production in type II diabetes.

さらなる関連実施形態では、RNAをファミリーメンバー間で保存されているドメインをターゲッティングするよう設計することによって、RNA-ナノ粒子を用いて遺伝子ファミリーの発現をダウンレギュレートできる。   In further related embodiments, RNA-nanoparticles can be used to down-regulate gene family expression by designing RNA to target domains that are conserved among family members.

RNAを用いて遺伝子発現を阻害するためのナノ粒子の何らかの使用では、ナノ粒子はまた、標的mRNAに対するsiRNA配列およびmRNAサイレンシング配列を含み得る。これらのナノ粒子を用いてsiRNA耐性mRNAを阻害できる。標的細胞が、siRNA阻害機構を阻害するタンパク質を発現するためにsiRNAサイレンシングに対して耐性である状況においてこれを使用できる。この場合には、siRNAが、発現されて耐性を誘導する遺伝子産物を対象とすることによって、siRNA耐性を回復させることができる。   For any use of nanoparticles to inhibit gene expression with RNA, the nanoparticles can also include siRNA sequences and mRNA silencing sequences for the target mRNA. These nanoparticles can be used to inhibit siRNA resistant mRNA. This can be used in situations where the target cell is resistant to siRNA silencing to express a protein that inhibits the siRNA inhibition mechanism. In this case, siRNA resistance can be restored by targeting a gene product in which siRNA is expressed to induce resistance.

さらなるリガンドを用いるか、RNAを用いるターゲッティング適用
一適用では、本発明のナノ粒子の組成物を用いて、RNAを標的細胞に送達するためのターゲッティング特性を付与できる。これは、ナノ粒子のコアとコンジュゲートしているさらなる種類のリガンドまたはRNAナノ粒子が標的細胞集団と特異的に相互作用するのを可能にするRNAリガンドと会合しているドメインを含むナノ粒子を提供することによって達成できる。一例として、標的細胞の表面または内側に存在するその結合パートナーと特異的に結合できる特異的結合対の一員であるリガンドを含むナノ粒子を提供することによって、RNA含有ナノ粒子を細胞集団に選択的に向け、例えば、核などの特定の細胞構造をターゲッティングすることができる。ナノ粒子をターゲッティングするために、それらとコンジュゲートしているリガンドとして用いるのに適した特異的結合対の例としては、リガンドおよび受容体が挙げられるが、多数の代替法が当業者には明らかであろう。例えば、グルコース誘導体化したナノ粒子を用いて、GLUTファミリーのタンパク質のメンバーを含有する細胞をターゲッティングできる(18)。ナノ粒子にはその他の糖リガンド、例えば、Glcβ4GlcNAcまたはGlcβ4GlcNH2を使用してもよい。まず前者を用いて、siRNA含有ナノ粒子を細胞表面GLUT輸送タンパク質にターゲッティングし、次いで、細胞に入る際に(グリコシダーゼによる切断後)、GlcNAcがsiRNAナノ粒子を核にさらにターゲッティングする。後者の構築物は正の電荷をナノ粒子表面に加え、細胞へ接着し、取り込まれるのがさらに容易になる。自己組織化ナノ粒子を用いて、スペーサーによってジスルフィドと結合している、脂質、ペプチドまたは何らかのその他の化学成分(例えば、リガンドについての議論において上記に記載したような)などの異種リガンドを組み込むことができるので、種々のその他のターゲッティング分子を用いてRNAナノ粒子を特定の細胞種にターゲッティングできる。一例として、これらの技術を用いてRNAを保持するナノ粒子を腫瘍細胞にターゲッティングできる。
Targeting Applications Using Additional Ligands or Using RNA In one application, the nanoparticle composition of the invention can be used to impart targeting properties for delivering RNA to target cells. This includes nanoparticles containing domains associated with RNA ligands that allow additional types of ligands or RNA nanoparticles conjugated to the core of the nanoparticle to specifically interact with the target cell population. Can be achieved by providing. As an example, RNA-containing nanoparticles can be selectively selected for a cell population by providing a nanoparticle comprising a ligand that is a member of a specific binding pair that can specifically bind to its binding partner present on or inside the target cell. For example, specific cellular structures such as the nucleus can be targeted. Examples of specific binding pairs suitable for use as ligands conjugated to them to target nanoparticles include ligands and receptors, but numerous alternatives will be apparent to those skilled in the art. Will. For example, glucose-derivatized nanoparticles can be used to target cells containing members of the GLUT family of proteins (18). Other sugar ligands such as Glcβ4GlcNAc or Glcβ4GlcNH 2 may be used for the nanoparticles. First, using the former, siRNA-containing nanoparticles are targeted to the cell surface GLUT transport protein, and then upon entry into the cell (after cleavage by glycosidase), GlcNAc further targets the siRNA nanoparticles to the nucleus. The latter construct adds a positive charge to the nanoparticle surface, making it easier to adhere to and take up cells. Self-assembled nanoparticles can be used to incorporate a heterologous ligand, such as a lipid, peptide or some other chemical moiety (e.g., as described above in the discussion of ligands) linked to a disulfide by a spacer. As such, a variety of other targeting molecules can be used to target RNA nanoparticles to specific cell types. As an example, these techniques can be used to target RNA-carrying nanoparticles to tumor cells.

細胞種をターゲッティングするためのナノ粒子のさらなる使用例では、ナノ粒子のRNAリガンドを、RNAリガンドと相互作用するmRNAが発現される細胞にナノ粒子を向けることによって、ナノ粒子のターゲッティングを提供する実体として使用できる。この方法でターゲッティングされ得る標的細胞の種類の例としては、RNAを用いて標的細胞におけるウイルス遺伝子または腫瘍マーカーまたは発癌遺伝子の発現をターゲッティングすることによる、腫瘍細胞またはウイルス感染した細胞がある。この実施形態では、RNA-ナノ粒子が細胞膜を通って透過できること、その小さなサイズによって提供され、ナノ粒子を膜移行シグナルを用いて誘導体化することによって場合によって増強され得る効果が好ましい(Nature Biotechnology 18、410〜414頁、2000参照)。対応するmRNAが発現される細胞へのRNA-ナノ粒子のターゲッティングは、標的mRNAを細胞選択的にダウンレギュレートするという利点を有する。しかし、この効果は一般的に一時的であるので、RNAを用いてターゲッティングされる細胞を選択的に死滅させるよう放射性核種または薬物を有するナノ粒子を提供することが好ましい。ナノ粒子を、例えば、上記に記載したように放射性または磁性ナノ粒子を用いて標識することによって、標的細胞および治療プロセスをイメージングし、追跡することができる。   In a further use case of nanoparticles for targeting cell types, an entity that provides nanoparticle targeting by directing the nanoparticle RNA ligand to a cell that expresses mRNA that interacts with the RNA ligand. Can be used as Examples of types of target cells that can be targeted in this way include tumor cells or virus-infected cells by using RNA to target the expression of viral genes or tumor markers or oncogenes in the target cells. In this embodiment, the effect that RNA-nanoparticles can permeate through cell membranes, their small size, and can be optionally enhanced by derivatizing nanoparticles with membrane translocation signals is preferred (Nature Biotechnology 18 410-414, 2000). Targeting RNA-nanoparticles to cells in which the corresponding mRNA is expressed has the advantage of cell-selectively down-regulating the target mRNA. However, since this effect is generally transient, it is preferable to provide nanoparticles with radionuclides or drugs to selectively kill cells targeted using RNA. Target cells and therapeutic processes can be imaged and tracked, for example, by labeling the nanoparticles with radioactive or magnetic nanoparticles as described above.

mRNAのイメージング
さらなる態様では、本発明は、本明細書に記載されるナノ粒子を用いる、mRNAの検出方法および/またはイメージング方法を提供する。特に、本発明以前に、mRNAをイメージングするための当技術分野で公知の方法はなかった。本方法は、ナノ粒子上に存在するRNAリガンドが標的mRNAと相互作用する条件下、in vivoまたはサンプル中のいずれかでRNAをナノ粒子と接触させることと、ナノ粒子-RNA-mRNA複合体を検出することとを含み得る。複合体を検出するステップは、ナノ粒子の固有の特性を用いることであるか、ナノ粒子と会合している標識を検出することによってであり得る。本発明のこの態様における使用に適した標識の好ましい例としては、磁性基、量子ドットまたは放射性核種を含むナノ粒子が挙げられる。例えば、セレン化カドミウムのナノ結晶によって提供されるような量子ドット、またはセレニドに加えその他の陰イオン、例えば、スルフィドを用いることができるが、これは電子装置および光学装置の双方での生物学的イメージング、量子コンピュータおよび候補薬物のスクリーニングにおいて利用される可能性がある。
In a further aspect, the present invention provides a method for detecting and / or imaging mRNA using the nanoparticles described herein. In particular, prior to the present invention, there were no methods known in the art for imaging mRNA. This method involves contacting RNA with a nanoparticle either in vivo or in a sample under conditions where the RNA ligand present on the nanoparticle interacts with the target mRNA and the nanoparticle-RNA-mRNA complex. Detecting. The step of detecting the complex can be by using the intrinsic properties of the nanoparticles or by detecting the label associated with the nanoparticles. Preferred examples of labels suitable for use in this aspect of the invention include nanoparticles comprising magnetic groups, quantum dots or radionuclides. For example, quantum dots as provided by cadmium selenide nanocrystals, or other anions, such as sulfides, in addition to selenides can be used, but this is biological in both electronic and optical devices. It may be used in imaging, quantum computers and candidate drug screening.

機能ゲノミクスにおけるツールとしてのRNA-ナノ粒子
ゲノムスクリーニングでは、通常、ランダムに作製したRNA配列を利用し、次いで、それを試験細胞にトランスフェクトし、タンパク質発現の変化をモニターする。本発明のナノ粒子には、ゲノムスクリーニングについてのこれらの先行技術の方法を上回る2つの大きな利点がある。第1は、多数のランダムsiRNA配列が実際には効果がないが、目下のところ試験細胞は個々にスクリーニングされる必要があるため、この形のこれらの実験の労力と費用が増大する。本発明によって複数のsiRNA配列がナノ粒子上にリガンドとして含まれることが可能となり、それによってスクリーニング速度を高めることが可能になる。したがって、細胞において効果が観察される場合には、ビーズ上に存在するRNA分子をスクリーニングしてどの配列が効果の原因であったかを調べることができる。さらに、ナノ粒子はRNAの送達系を提供するので、先行技術において必要とされるトランスフェクション剤の使用を避けることができる。トランスフェクション剤はそれ自体、試験される細胞においてタンパク質発現に変化を引き起こし得るので、これは望ましい利点である。したがって、さらなる態様では、本発明のナノ粒子を、例えば、Nature Reviews、第3巻、2004年4月、318〜329頁に記載されるように、機能ゲノミクスにおけるツールとして使用できる。ナノ粒子は、in vivoで遺伝子機能を調べるために、また、ゲノム規模でのスクリーニングのためのツールとして、粒子当たり3種以上、6種以上、11種以上または21種以上または101種以上のRNA配列を有し得る。
RNA-nanoparticles as a tool in functional genomics Genomic screening typically utilizes a randomly generated RNA sequence which is then transfected into test cells and monitored for changes in protein expression. The nanoparticles of the present invention have two major advantages over these prior art methods for genome screening. First, a large number of random siRNA sequences are not actually effective, but currently test cells need to be individually screened, increasing the effort and cost of these experiments in this form. The present invention allows multiple siRNA sequences to be included as ligands on the nanoparticles, thereby increasing the screening rate. Thus, when an effect is observed in a cell, it is possible to screen which RNA molecule is present on the bead to determine which sequence was responsible for the effect. In addition, nanoparticles provide a delivery system for RNA, thus avoiding the use of transfection agents as required in the prior art. This is a desirable advantage because the transfection agent can itself cause a change in protein expression in the cell being tested. Thus, in a further aspect, the nanoparticles of the present invention can be used as a tool in functional genomics, as described, for example, in Nature Reviews, Volume 3, April 2004, pages 318-329. Nanoparticles can be used to study gene function in vivo and as a tool for genome-wide screening, with 3 or more, 6 or more, 11 or more, 21 or more, or 101 or more RNAs per particle. Can have a sequence.

エアゾール送達
さらなる態様では、本発明は、本明細書に記載されるナノ粒子のエアゾール中での使用を提供する。これは小さなサイズのナノ粒子によって可能になる。イメージングおよび/または治療用途のために、例えば、肺に影響を及ぼす状態の治療において、エアゾール組成物を用いて、RNAリガンドを、特に肺に送達できる。
Aerosol delivery In a further aspect, the present invention provides the use of the nanoparticles described herein in an aerosol. This is made possible by small sized nanoparticles. For imaging and / or therapeutic applications, for example in the treatment of conditions affecting the lung, aerosol compositions can be used to deliver RNA ligands, particularly to the lung.

上記の態様のいずれかにおいて、ナノ粒子を、抗体または腫瘍を死滅させる薬物などの治療上活性な物質と結合できる。また、ナノ粒子の磁性特性を用い、磁場を用いナノ粒子を腫瘍細胞に導くことによって、腫瘍をターゲッティングできる。しかし、ナノ粒子を腫瘍細胞に向けるために磁場単独を使用することは、通常適したものではなく、また正確なものでもないので、本発明は腫瘍特異的リガンドを介して、ナノ粒子が腫瘍細胞に特異的に向けられることを可能にするという利点を提供する。これにより、薬物が、必要とされる細胞にのみ向けられ、健常細胞には向けられないので、少ない薬物を用い、副作用の機会を低減することが可能となる。   In any of the above embodiments, the nanoparticles can be conjugated with a therapeutically active substance such as an antibody or a drug that kills the tumor. Tumors can also be targeted by using the magnetic properties of the nanoparticles and guiding the nanoparticles to tumor cells using a magnetic field. However, the use of a magnetic field alone to direct the nanoparticles to the tumor cells is not usually suitable or accurate, so the present invention allows the nanoparticles to become tumor cells via a tumor-specific ligand. Offers the advantage of being able to be specifically directed to. As a result, since the drug is directed only to the required cells and not to healthy cells, it is possible to use fewer drugs and reduce the chance of side effects.

本発明のナノ粒子のもう1つの利点は、その非常に小さいサイズであり、それによってそれらが、ターゲッティング分子または治療分子と結合している場合であってさえも細胞によって取り込まれやすくなる。   Another advantage of the nanoparticles of the present invention is their very small size, which makes them easy to be taken up by cells even when bound to targeting or therapeutic molecules.

さらなる態様では、リガンドが抗原であるナノ粒子をワクチンとして、例えば、表皮の外層を通るその経皮通過を加速するために送達銃を用いて衝撃によって投与できる。次いで、ナノ粒子は、例えば、樹状細胞によって取り込まれ、リンパ系を介して遊走する際に成熟し、抗原に対する免疫応答の調節およびワクチン接種をもたらし得る。   In a further aspect, nanoparticles whose ligand is an antigen can be administered as a vaccine, for example, by impact using a delivery gun to accelerate its transdermal passage through the outer layer of the epidermis. The nanoparticles can then be taken up by, for example, dendritic cells and mature as they migrate through the lymphatic system, resulting in modulation of the immune response to the antigen and vaccination.

本発明のナノ粒子は、固体または液体組成物の形であり得る薬剤組成物として製剤できる。このような組成物は通常、ある種の担体、例えば、ゼラチンまたはアジュバントまたは不活性の希釈剤などの固体担体、または水、石油、動物性油または植物性油、鉱油または合成油などの液体担体を含む。生理食塩水溶液またはエチレングリコール、プロピレングリコールまたはポリエチレングリコールなどのグリコールを含めてもよい。このような組成物および製剤は通常、少なくとも0.1wt%の化合物を含む。   The nanoparticles of the present invention can be formulated as a pharmaceutical composition that can be in the form of a solid or liquid composition. Such compositions are usually some type of carrier, for example solid carriers such as gelatin or adjuvants or inert diluents, or liquid carriers such as water, petroleum, animal or vegetable oils, mineral oils or synthetic oils. including. Saline solutions or glycols such as ethylene glycol, propylene glycol or polyethylene glycol may be included. Such compositions and preparations typically contain at least 0.1 wt% of the compound.

ナノ粒子組成物は任意の数の異なる経路によって患者に投与できる。非経口投与としては、以下の経路による投与が挙げられる:静脈内経路、皮膚経路または皮下経路、鼻腔経路、筋肉内経路、眼球内経路、経上皮経路、腹膜内経路および局所経路(経皮経路、眼内経路、直腸経路、鼻腔経路、吸入およびエアゾールを含む)および直腸全身経路。静脈内注射、皮膚注射もしくは皮下注射、または苦痛部位への注射には、有効成分は発熱物質不含であり、適したpH、等張性および安定性を有する、非経口的に許容される水溶液の形であり得る。当業者ならば、例えば、生理食塩水、グリセロール、液体ポリエチレングリコールまたはオイルを用いて調製した分散物中の、例えば、化合物またはその誘導体の溶液を用いて適した溶液を調製することは十分に可能である。   The nanoparticle composition can be administered to the patient by any number of different routes. Parenteral administration includes administration by the following routes: intravenous route, cutaneous route or subcutaneous route, nasal route, intramuscular route, intraocular route, transepithelial route, intraperitoneal route and topical route (transdermal route). , Including intraocular, rectal, nasal, inhalation and aerosol) and rectal systemic routes. For intravenous, cutaneous or subcutaneous injection, or injection to the site of pain, the active ingredient is pyrogen-free and has a suitable pH, isotonicity and stability, a parenterally acceptable aqueous solution It can be in the form of A person skilled in the art is well able to prepare a suitable solution using, for example, a solution of the compound or derivative thereof in a dispersion prepared using, for example, saline, glycerol, liquid polyethylene glycol or oil. It is.

本組成物は、適宜、その他の有効成分と組み合わせた、1種または複数の化合物の他、1種または複数の製薬上許容される賦形剤、担体、バッファー、安定剤、等張化剤、保存料、または酸化防止剤または当業者に周知のその他の物質を含み得る。このような物質は非毒性でなくてはならず、有効成分の有効性を干渉してはならない。担体またはその他の物質の正確な性質は、投与経路に応じて、例えば、経口または非経口によって変わり得る。   The composition comprises one or more compounds, one or more pharmaceutically acceptable excipients, carriers, buffers, stabilizers, isotonic agents, in combination with other active ingredients, as appropriate. Preservatives, or antioxidants or other materials well known to those skilled in the art may be included. Such materials must be non-toxic and should not interfere with the effectiveness of the active ingredient. The exact nature of the carrier or other material may vary depending on the route of administration, eg, oral or parenteral.

液体薬剤組成物は通常、約3.0と9.0の間の、より好ましくは約4.5と8.5の間の、いっそうより好ましくは、約5.0と8.0の間のpHを有するよう製剤する。組成物のpHは、通常約1mM〜50mMの範囲で用いられる、酢酸、クエン酸、リン酸、コハク酸、Trisまたはヒスチジンなどのバッファーを用いることで維持できる。あるいは、組成物のpHは、生理学的に許容される酸または塩基を用いることによって調節できる。   Liquid drug compositions are usually formulated to have a pH between about 3.0 and 9.0, more preferably between about 4.5 and 8.5, and even more preferably between about 5.0 and 8.0. The pH of the composition can be maintained by using a buffer such as acetic acid, citric acid, phosphoric acid, succinic acid, Tris or histidine, which is usually used in the range of about 1 mM to 50 mM. Alternatively, the pH of the composition can be adjusted by using a physiologically acceptable acid or base.

保存料は通常、微生物の増殖を阻止し、組成物の保管寿命を延長し、複数回使用包装を可能にするために薬剤組成物中に含まれる。保存料の例としては、フェノール、メタクレゾール、ベンジルアルコール、パラヒドロキシ安息香酸およびそのエステル、メチルパラベン、プロピルパラベン、塩化ベンザルコニウム、および塩化ベンゼトニウムが挙げられる。保存料は通常、約0.1〜1.0%(w/v)の範囲で用いる。   Preservatives are typically included in pharmaceutical compositions to prevent microbial growth, extend the shelf life of the composition, and allow for multiple use packaging. Examples of preservatives include phenol, metacresol, benzyl alcohol, parahydroxybenzoic acid and its esters, methyl paraben, propyl paraben, benzalkonium chloride, and benzethonium chloride. Preservatives are usually used in the range of about 0.1 to 1.0% (w / v).

薬剤組成物は予防上有効量または治療上有効量で(場合によって、予防は治療と考えられるが)個体に与えられることが好ましく、これは個体に利益をもたらすために十分なものである。通常、これは治療上有用な活性を引き起こし、個体に利益を提供することとなる。投与される化合物の実際の量ならびに投与の速度および時間的経過は、治療されている状態の性質および重篤度に応じて変わる。治療の指示、例えば、投与量の決定などは、一般開業医及びその他の医師の責任の範囲内であり、通常、治療される障害、個々の患者の状態、送達部位、投与方法および開業医に公知のその他の因子を考慮する。上記で記載した技術およびプロトコールの例は、Handbook of Pharmaceutical Additives、第2版(M.AshおよびI.Ash編)、2001(Synapse Information Resources社、Endicott,New York,USA)、Remington's Pharmaceutical Sciences、第18版、Mack Publishing Company,Easton,Pa.、1990、およびHandbook of Pharmaceutical Excipients、第2版、1994に見出すことができる。一例として、本組成物は患者に、体重1kg当たり約0.01と100mgの間の活性化合物という投与量で投与することが好ましく、約0.5と10mg/体重1kgの間がより好ましい。   The pharmaceutical composition is preferably given to the individual in a prophylactically effective amount or a therapeutically effective amount (although prevention may be considered treatment in some cases), which is sufficient to benefit the individual. Usually this will cause a therapeutically useful activity and provide benefits to the individual. The actual amount of compound administered, as well as the rate and time course of administration, will vary depending on the nature and severity of the condition being treated. Treatment instructions such as dose determination are within the responsibility of general practitioners and other physicians and are generally known to the disorder being treated, individual patient condition, delivery site, method of administration and practitioner. Consider other factors. Examples of the techniques and protocols described above can be found in Handbook of Pharmaceutical Additives, 2nd edition (edited by M. Ash and I. Ash), 2001 (Synapse Information Resources, Endicott, New York, USA), Remington's Pharmaceutical Sciences, Id. 18th edition, Mack Publishing Company, Easton, Pa., 1990, and Handbook of Pharmaceutical Excipients, 2nd edition, 1994. By way of example, the composition is preferably administered to a patient at a dosage of between about 0.01 and 100 mg of active compound per kg body weight, more preferably between about 0.5 and 10 mg / kg body weight.

本発明の実施形態を、例として、制限するものではなく、添付の図を参照してここで記載する。   Embodiments of the present invention will now be described by way of example and not limitation with reference to the accompanying figures.

詳細な説明
[実施例]
Her-2/neu発癌遺伝子およびそのコードされる産物pl85Her-2/neuは上皮成長因子受容体チロシンキナーゼに属する(Bargmannら、1986)。HER受容体ファミリーは、4種の膜貫通型チロシンキナーゼ:EGFR(Her-1またはerbB-1としても知られる)、erbB-2(Her-2)、erbB-3(Her-3)およびerbB-4(Her-4)からなる。Her-2/neuシグナル伝達経路は、細胞増殖および分化、悪性形質転換および化学療法薬に対する耐性において重要な役割を果たすことがわかっている(Yarden & Sliwkowski、2001)。Her-2/neuは、ヒト乳癌および卵巣癌の約1/3の場合において過剰発現され、その過剰発現が悪い予後と関連している(Berchuckら、1990)。
Detailed description
[Example]
The Her-2 / neu oncogene and its encoded product pl85Her-2 / neu belong to the epidermal growth factor receptor tyrosine kinase (Bargmann et al., 1986). The HER receptor family consists of four transmembrane tyrosine kinases: EGFR (also known as Her-1 or erbB-1), erbB-2 (Her-2), erbB-3 (Her-3) and erbB- 4 (Her-4). The Her-2 / neu signaling pathway has been shown to play an important role in cell proliferation and differentiation, malignant transformation and resistance to chemotherapeutic drugs (Yarden & Sliwkowski, 2001). Her-2 / neu is overexpressed in about 1/3 of human and ovarian cancers, and its overexpression is associated with a poor prognosis (Berchuck et al., 1990).

癌細胞においてHer-2/neu発現を阻害するために、可能性ある治療的アプローチとして多数の試みがなされてきた。Her-2/neuに対するヒト化モノクローナル抗体(トラスツズマブまたはヘルセプチン)はHer-2/neu過剰発現転移性癌において有効であった(Mendelsohn & Baselga、2000;Baselgaら、1996)が、Her-3発現をアップレギュレートすることがわかった。Her-2/neuに対するアンチセンスオリゴヌクレオチドは、Her-2/neuを過剰発現するヒト乳癌細胞株においてアポトーシスを誘導することがわかっている(Rohら、2000)。リポソームによって、またはアデノウイルスベクターによって送達される、E1Aを用いる遺伝子療法は、Her-2/neu過剰発現卵巣癌のモデルにおいて腫瘍保有マウスの間で死亡率を低減させることができ、また乳癌のモデルにおいて遠隔転移の発生率を低減させることができる(Changら、1996)。   Numerous attempts have been made as potential therapeutic approaches to inhibit Her-2 / neu expression in cancer cells. Humanized monoclonal antibodies against Her-2 / neu (trastuzumab or herceptin) were effective in Her-2 / neu overexpressing metastatic cancers (Mendelsohn & Baselga, 2000; Baselga et al., 1996) I found it up-regulating. Antisense oligonucleotides against Her-2 / neu have been shown to induce apoptosis in human breast cancer cell lines overexpressing Her-2 / neu (Roh et al., 2000). Gene therapy with E1A delivered by liposomes or by adenoviral vectors can reduce mortality among tumor-bearing mice in a model of Her-2 / neu overexpressing ovarian cancer and also a model of breast cancer Can reduce the incidence of distant metastases (Chang et al., 1996).

Her-2/neu発現のダウンレギュレーションはPI3K、Aktおよびリン酸化Aktの減少をもたらし、これがサイクリンD1、すなわちG0/G1細胞停止の調節および発癌遺伝子の形質転換に関与しているサイクリンの発現の減少をもたらすことがわかった(Sherr & Roberts、1999)。アンチセンスオリゴヌクレオチドとsiRNAの有効性を比較する最近の研究により、siRNAはnMベースでレポーター遺伝子のサイレンシングに少なくとも10倍有効であることが実証された(Miyagishiら、2003)。いくつかのこれまでの研究によって、Her-2/neuはVEGF、強力な血管新生促進因子の転写を刺激し(Kumar & Yarmand-Bagheri、2001)、Her-2/neu発現のサイレンシング後にそのレベルが著しく低下したということが実証されている。レトロウイルスsiRNA によるHer-2/neuのダウンレギュレーションは、トロンボスポンジン-1レベル、血管新生の強力な阻害剤を高めた(Izumiら、2002)。In vitroデータにより、HER2 siRNA治療はまた、ヒト腫瘍におけるHLA クラスI表面発現を大幅にアップレギュレートするということが実証された(Choudhuryら、2004)。   Down-regulation of Her-2 / neu expression results in a decrease in PI3K, Akt and phosphorylated Akt, which reduces the expression of cyclin D1, cyclin, which is involved in the regulation of G0 / G1 cell arrest and oncogene transformation (Sherr & Roberts, 1999). Recent studies comparing the effectiveness of antisense oligonucleotides and siRNA have demonstrated that siRNA is at least 10-fold more effective at silencing reporter genes on an nM basis (Miyagishi et al., 2003). Several previous studies have shown that Her-2 / neu stimulates transcription of VEGF, a potent pro-angiogenic factor (Kumar & Yarmand-Bagheri, 2001) and levels after silencing Her-2 / neu expression Has been demonstrated to be significantly reduced. Down-regulation of Her-2 / neu by retroviral siRNA increased thrombospondin-1 levels, a potent inhibitor of angiogenesis (Izumi et al., 2002). In vitro data demonstrated that HER2 siRNA treatment also significantly upregulates HLA class I surface expression in human tumors (Choudhury et al., 2004).

a.戦略:サイレンシング
Her2/Neu cDNA標的配列:AAG CCT CAC AGA GAT CTT GAA
a)センス: 5'-G CCU CAC AGA GAU CUU GAAdTdT-3'
b)アンチセンス:3'-dTdTC GGA GUG UCU CUA GAA CUU-5'
c)センス: 5'-G CCU CAC AGA GAU CUU GAAdTdT-3'SS
d)アンチセンス:3'SS-dTdTC GGA GUG UCU CUA GAA CUU-5'
a.Strategy: Silencing
Her2 / Neu cDNA target sequence: AAG CCT CAC AGA GAT CTT GAA
a) Sense: 5'-G CCU CAC AGA GAU CUU GAAdTdT-3 '
b) Antisense: 3'-dTdTC GGA GUG UCU CUA GAA CUU-5 '
c) Sense: 5'-G CCU CAC AGA GAU CUU GAAdTdT-3'SS
d) Antisense: 3'SS-dTdTC GGA GUG UCU CUA GAA CUU-5 '

b.アニーリング

Figure 0005398982
b. Annealing
Figure 0005398982

c.可能性あるGNP組合せ

Figure 0005398982
c. Possible GNP combinations
Figure 0005398982

d.方法
1.細胞株
ATCCから得たSK-BR-3ヒト乳腺腺癌(カタログ番号HTB-30)。NCI-フレデリック癌DCTD腫瘍/細胞株貯蔵所(NCI-Frederick Cancer DCTD Tumor/cell line repository)(バイアル0502296)から得たOVCAR-3ヒト腹水腺癌。
2.siRNA保存溶液
選択したHer-2/neu DNA標的配列はAAGCCTCACA GAGATCTTGAAであった。
センスsiRNAは配列r(GCCUCACAGAGAUCUUGAA)d(TT)3Thssを有していた。(K-塩の分子量7416.25)また、アンチセンス配列r(UUCAAGAUCUCUGUGAGGC)d(TT)3Thss(K-塩の分子量7409.57)をQiagenから入手した。
対照(非サイレンシング)siRNA二本鎖配列はQiagenから得(カタログ番号1022076)、センスはr(UUC UCC GAA CGU GUC ACG U)d(TT)であり、アンチセンスはr(ACG UGA CAC GUU CGG AGA A)d(TT)であり、アニーリングしたK-塩の分子量は14839.5であった。
1mlの滅菌バッファー(100mM酢酸カリウム、30mM Hepes-KOH、2mM酢酸マグネシウムpH7.4)に、1本のセンスsiRNA試験管の内容物(296.65μg)を溶解して40μMの保存液を作製する。1μl当たり0.297μgのsiRNAを含む。
1mlの滅菌バッファー(100mM酢酸カリウム、30mM Hepes-KOH、2mM酢酸マグネシウムpH7.4)に、1本のアンチセンスsiRNA試験管の内容物(296.38μg)を溶解して40μMの保存液を作製した。1μl当たり0.296μgのsiRNAを含んでいた。
アニーリングするために、各RNAオリゴ溶液30μlを15μlの5×アニーリングバッファーと混合した。最終バッファー濃度は、DEPC処理した水に溶かした、50mM Tris、pH7.5〜8.0、100mM NaClとした。最終容積は75μlとし、siRNA二本鎖の最終濃度は16μMとした。
溶液を90〜95℃の水浴中で1分間インキュベートし、室温(すなわち、30℃より低い)に放冷した。この試験管を短時間遠心分離してすべての液体を試験管の底に集めた。室温に徐々に冷却すると45〜60分かかった。得られた溶液は、使用する準備ができるまで-20℃で保存し、凍結および解凍の繰り返しに対して耐久性があった。
3.siRNA Nanogold保存溶液
一般法
HAuCl4(99.999%)およびNaBH4はAldrich Chemical社から購入した。2-チオエチル-β-D-グルコピラノシドはcurラボラトリー(cur laboratory)において標準的な手順を用いて合成した。すべての実験および溶液には、DEPC(ジエチルピロカーボネート)で処理したNanopure水(18.1mΩ)を用いた。すべてのエッペンドルフ、スパチュラおよびバイアルはRNaseフリーであった。アニーリングしている二本鎖siRNAはQiagen-Xeragon社から購入した。明細は以下の通りであった。
DNA 標的配列AAGCCTCACAGAGATCTTGAA
センスsiRNA r(GCCUCACAGAGAUCUUGAA)d(TT) 3'に3'-チオール-(SS)-C3-リンカー
(K-塩の分子量7416.25)
アンチセンス r(UUCAAGAUCUCUGUGAGGC)d(TT)
(K-塩の分子量7409.57)
d.Method
1.Cell line
SK-BR-3 human breast adenocarcinoma (Cat. No. HTB-30) obtained from ATCC. OVCAR-3 human ascites adenocarcinoma obtained from NCI-Frederick Cancer DCTD Tumor / cell line repository (vial 0502296).
2. siRNA stock solution The selected Her-2 / neu DNA target sequence was AAGCCTCACA GAGATCTTGAA.
The sense siRNA had the sequence r (GCCUCACAGAGAUCUUGAA) d (TT) 3Thss. Antisense sequence r (UUCAAGAUCUCUGUGAGGC) d (TT) 3Thss (K-salt molecular weight 7409.57) was obtained from Qiagen.
The control (non-silencing) siRNA duplex sequence was obtained from Qiagen (Cat # 1022076), the sense was r (UUC UCC GAA CGU GUC ACG U) d (TT), and the antisense was r (ACG UGA CAC GUU CGG AGA A) d (TT) and the molecular weight of the annealed K-salt was 14839.5.
Dissolve the contents of one sense siRNA tube (296.65 μg) in 1 ml of sterile buffer (100 mM potassium acetate, 30 mM Hepes-KOH, 2 mM magnesium acetate pH 7.4) to make a 40 μM stock solution. Contains 0.297 μg siRNA per μl.
The contents of one antisense siRNA test tube (296.38 μg) were dissolved in 1 ml of sterile buffer (100 mM potassium acetate, 30 mM Hepes-KOH, 2 mM magnesium acetate pH 7.4) to prepare a 40 μM stock solution. Contained 0.296 μg siRNA per μl.
For annealing, 30 μl of each RNA oligo solution was mixed with 15 μl of 5 × annealing buffer. The final buffer concentration was 50 mM Tris, pH 7.5-8.0, 100 mM NaCl, dissolved in DEPC-treated water. The final volume was 75 μl and the final concentration of siRNA duplex was 16 μM.
The solution was incubated in a 90-95 ° C. water bath for 1 minute and allowed to cool to room temperature (ie, below 30 ° C.). The tube was centrifuged briefly to collect all liquid at the bottom of the tube. It took 45-60 minutes to cool slowly to room temperature. The resulting solution was stored at −20 ° C. until ready to use and was resistant to repeated freezing and thawing.
3.siRNA Nanogold stock solution General method
HAuCl 4 (99.999%) and NaBH 4 were purchased from Aldrich Chemical. 2-thioethyl-β-D-glucopyranoside was synthesized using standard procedures in a cur laboratory. All experiments and solutions used Nanopure water (18.1 mΩ) treated with DEPC (diethyl pyrocarbonate). All Eppendorfs, spatulas and vials were RNase free. Annealing double-stranded siRNA was purchased from Qiagen-Xeragon. The details were as follows.
DNA target sequence AAGCCTCACAGAGATCTTGAA
Sense siRNA r (GCCUCACAGAGAUCUUGAA) d (TT) 3 'to 3'-thiol- (SS) -C3-linker
(K-salt molecular weight 7416.25)
Antisense r (UUCAAGAUCUCUGUGAGGC) d (TT)
(K-salt molecular weight 7409.57)

e.RNA-Au-Glcナノ粒子の調製
TRISバッファー100mM、pH7.7(250μL)中、2-チオエチル-β-D-グルコピラノシド(0.9mg、3.75μmol)およびsiRNA(0.148mg、0.01μmol)の溶液に、HAuCl4水溶液(22μL、0.025M)を加えた。次いで、NaBH4の1N水溶液(30μL)を数回で加え、迅速に振盪した。形成された褐色の懸濁液をさらに1時間、4℃で振盪した。この懸濁液を遠心分離濾過によって精製した(AMICON分子量10000、30分、4℃、14000rpm)。このプロセスを2回反復し、125μLのTRISバッファーで洗浄した。AMICONフィルター中の残渣を250μLのTRISバッファーに溶解し、凍結乾燥すると、4mgのRNA-Au-Glcナノ粒子が得られた(1mLの水に固体を再懸濁することによって、20mM TRISバッファー中のRNAの6±1μM溶液が得られるはずである)。濾液をAMICON(分子量3000、4℃、14000rpm)を用いて脱塩し、凍結乾燥した。残渣の重量は<50μgであった。図1に示される透過型電子顕微鏡写真(TEM)は、粒子の平均サイズが2.8nmであったことを示し、図4に表されるように、平均807個の金原子/粒子、siRNAおよび100分子のグルコース誘導体を有し、およその分子量は>160,000である。
e.Preparation of RNA-Au-Glc nanoparticles
In a solution of 2-thioethyl-β-D-glucopyranoside (0.9 mg, 3.75 μmol) and siRNA (0.148 mg, 0.01 μmol) in TRIS buffer 100 mM, pH 7.7 (250 μL), aqueous HAuCl 4 solution (22 μL, 0.025 M) Was added. Then, a 1N aqueous solution of NaBH 4 (30 μL) was added several times and rapidly shaken. The formed brown suspension was shaken for an additional hour at 4 ° C. This suspension was purified by centrifugal filtration (AMICON molecular weight 10000, 30 minutes, 4 ° C., 14000 rpm). This process was repeated twice and washed with 125 μL TRIS buffer. When the residue in the AMICON filter was dissolved in 250 μL TRIS buffer and lyophilized, 4 mg RNA-Au-Glc nanoparticles were obtained (in 20 mM TRIS buffer by resuspending the solid in 1 mL water). A 6 ± 1 μM solution of RNA should be obtained). The filtrate was desalted using AMICON (molecular weight 3000, 4 ° C., 14000 rpm) and lyophilized. The weight of the residue was <50 μg. The transmission electron micrograph (TEM) shown in FIG. 1 shows that the average particle size was 2.8 nm, and as shown in FIG. 4, an average of 807 gold atoms / particles, siRNA and 100 With molecular glucose derivatives, the approximate molecular weight is> 160,000.

f.ナノ粒子中のRNAの存在の検査
RNA-Au-Glcナノ粒子、Glc-Auナノ粒子およびRNAオリゴヌクレオチドとグルコース誘導体とを含有すると推定されるRNA-Au-Glcナノ粒子の洗浄の残渣を、30μLの水に各々溶解した。これらの溶液のアリコート(1μL)を、エチジウムブロマイド(EtBr)の水溶液(1μL、0.1%v/v)と混合した。UVランプ下で蛍光を観察したところ(図2参照)、このように調製したナノ粒子にはsiRNAが組み込まれているが(図2b、試験管1)、グルコースしか含有していないナノ粒子は蛍光をまったく示さない(図2b、試験管2)ということが実証された。
148μg siRNAから作製した4mgのsiRNA/nanogold複合体を水1mlに溶解し、20mMtris中、6±1μMの保存溶液を得た。溶液1μl当たり0.078μgのsiRNA相当物を含んでいた。
f. Testing for the presence of RNA in nanoparticles
RNA-Au-Glc nanoparticles, Glc-Au nanoparticles and RNA-Au-Glc nanoparticle washing residues presumed to contain RNA oligonucleotides and glucose derivatives were each dissolved in 30 μL of water. Aliquots (1 μL) of these solutions were mixed with an aqueous solution of ethidium bromide (EtBr) (1 μL, 0.1% v / v). When fluorescence was observed under a UV lamp (see Figure 2), the nanoparticles thus prepared contained siRNA (Figure 2b, test tube 1), but nanoparticles containing only glucose were fluorescent. (FIG. 2b, test tube 2).
4 mg of siRNA / nanogold complex prepared from 148 μg siRNA was dissolved in 1 ml of water to obtain a stock solution of 6 ± 1 μM in 20 mM tris. It contained 0.078 μg siRNA equivalent per 1 μl of solution.

細胞プレーティング
1.トランスフェクションの24時間前に6×104個細胞を24ウェルプレートにピペットで入れ、適当な培養培地で容量を0.5mlとした。
2.この細胞をおよそ24時間かけて50〜80%コンフルエンシーに到達させた。
3.培養培地を除去し、300μlの新鮮培地/ウェルで置き換えた。
Cell plating
1. 6 × 10 4 cells were pipetted into a 24-well plate 24 hours prior to transfection and the volume was adjusted to 0.5 ml with an appropriate culture medium.
2. The cells were allowed to reach 50-80% confluency over approximately 24 hours.
3. The culture medium was removed and replaced with 300 μl fresh medium / well.

siRNA複合体を用いた細胞のトランスフェクション
1.3.3μl(または12.8μlのnanogold複合体)の適当な二本鎖siRNA保存液を24ウェルプレートに、細胞を含むものに対応して分配した。
2.各ウェルに、96.7μl(またはnanogold複合体については87.2μl)の適当な培養培地を加え、上下に5回ピペッティングすることによって十分に混合した。
3.各ウェル(nanogold複合体のウェル以外)に、6μlのRNAiFectを加え、上下に5回ピペッティングすることによって十分に混合した。
4.この溶液を室温で10〜15分間インキュベートし、複合体を形成させた。
5.300μlの細胞培地中の細胞を100μlの適当なトランスフェクション複合体で覆った。
6.このプレートを穏やかに揺らして回旋をさけながら混合した。
7.このプレートをCO2インキュベーター中、37℃で48〜72時間インキュベートした。
8.培地を除去し、氷冷PBSで細胞を3回洗浄した。
9.細胞を溶解し、溶解物のタンパク質含量を求めた。
10.SDS-PAGEと、続いてCell Signalling Technologyから得たHer2/ErbB2ポリクローナルウサギ抗体(カタログ番号2242)を用いるウェスタンブロッティングによってタンパク質を分離した。
11.ブロットを抗ウサギIgG-HRP複合体で処理し、続いてECLを発現させた。
Transfection of cells with siRNA complexes
1.3.3 μl (or 12.8 μl of nanogold complex) of the appropriate double-stranded siRNA stock solution was dispensed into 24-well plates corresponding to those containing cells.
2. To each well, 96.7 μl (or 87.2 μl for nanogold complex) of the appropriate culture medium was added and mixed well by pipetting up and down 5 times.
3. To each well (other than nanogold complex wells), 6 μl of RNAiFect was added and mixed well by pipetting up and down 5 times.
4. This solution was incubated at room temperature for 10-15 minutes to form a complex.
5. Cells in 300 μl of cell culture medium were covered with 100 μl of the appropriate transfection complex.
6. Gently rock this plate and mix while avoiding rotation.
7. The plate was incubated for 48-72 hours at 37 ° C. in a CO 2 incubator.
8. The medium was removed and the cells were washed 3 times with ice-cold PBS.
9. Cells were lysed and the protein content of the lysate was determined.
10. Proteins were separated by SDS-PAGE followed by Western blotting using Her2 / ErbB2 polyclonal rabbit antibody (Cat # 2242) obtained from Cell Signaling Technology.
11. The blot was treated with anti-rabbit IgG-HRP complex followed by ECL expression.

g.結果
1μgのsiRNA/ウェルを用いた予備的観察結果を図3aおよび3bに示す。siRNA-金ナノ粒子をRNAiFectamineを用いずに細胞に加えた。SKBR3細胞は、80%コンフルエンシーに達するのがOVCAR細胞よりも遅かった。SKBR3の結果は、トランスフェクションの48時間後の溶解物から得たものであり、OVCARの結果はトランスフェクションの72時間後の溶解物から得たものであった。ナノ粒子の概略図を図4に示す。
g. Results
Preliminary observations using 1 μg siRNA / well are shown in FIGS. 3a and 3b. siRNA-gold nanoparticles were added to the cells without using RNAiFectamine. SKBR3 cells reached 80% confluency later than OVCAR cells. SKBR3 results were obtained from lysates 48 hours after transfection and OVCAR results were obtained from lysates 72 hours after transfection. A schematic diagram of the nanoparticles is shown in FIG.

siRNA-Au-Glc ナノ粒子の、細胞に対する非毒性
細胞をsiRNA単独を用いて、および金糖ナノ粒子とコンジュゲートしているsiRNAを用いてトランスフェクトした。図5は、ナノ粒子がコンジュゲートしているsiRNAは有効であり、毒性作用がなかったということを示す。細胞数に対する用量依存効果が見られ、このことは、siRNAナノ粒子が細胞増殖を増加させたということを示す。
Non-toxicity of siRNA-Au-Glc nanoparticles to cells Cells were transfected with siRNA alone and with siRNA conjugated to gold sugar nanoparticles. FIG. 5 shows that siRNA conjugated with nanoparticles was effective and had no toxic effects. A dose-dependent effect on cell number was seen, indicating that siRNA nanoparticles increased cell proliferation.

siRNA-Au-Glcナノ粒子の細胞への侵入
OVCAR細胞を、siRNA-ナノ粒子を用いて、siRNAを用いる細胞のトランスフェクションには通常必要とされるトランスフェクション試薬を用いて、または用いずにトランスフェクトした。図6は、siRNA-ナノ粒子の細胞への侵入にはトランスフェクション試薬が必要でなかったことを示す。この結果は、siRNAナノ粒子はトランスフェクション試薬の不在下でさえも細胞内に効率的に送達されたことを示し、実際には、送達はトランスフェクション試薬なしでより効率的であると思われた。細胞数に対する効果の用量依存性は、siRNA-ナノ粒子に対する真の応答を示す。
Invasion of siRNA-Au-Glc nanoparticles into cells
OVCAR cells were transfected with siRNA-nanoparticles with or without transfection reagents normally required for transfection of cells with siRNA. FIG. 6 shows that no transfection reagent was required for entry of the siRNA-nanoparticles into the cells. This result showed that siRNA nanoparticles were efficiently delivered into cells even in the absence of transfection reagent, and in fact, delivery appeared to be more efficient without transfection reagent . The dose dependence of the effect on cell number indicates a true response to siRNA-nanoparticles.

参照文献
本明細書に記載した参照文献は、参照によりすべて明確に組み込まれる。
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Verdelら、Heterochromatic silencing and HP1 localization in Drosphila are dependent on the RNAi Machinery.Science(2004)第303巻、672頁
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RNA-Au-Glcナノ粒子の透過型電子顕微鏡写真を示す図である。It is a figure which shows the transmission electron micrograph of RNA-Au-Glc nanoparticle. 調製したナノ粒子中のRNAの存在についての試験を示す図である。(a)UV光なし:1.RNA-Au-Glcナノ粒子+EtBr、2.Glc-Au+EtBr、3.Glc-Au、4.洗浄液の残渣+EtBr。(b)UV光あり:1.RNA-Au-Glcナノ粒子+EtBr、2.Glc-Au+EtBr、3.Glc-Au、4.洗浄液の残渣+EtBr。It is a figure which shows the test about presence of RNA in the prepared nanoparticle. (a) No UV light: 1. RNA-Au-Glc nanoparticles + EtBr, 2.Glc-Au + EtBr, 3.Glc-Au, 4. Washing liquid residue + EtBr. (b) With UV light: 1. RNA-Au-Glc nanoparticles + EtBr, 2.Glc-Au + EtBr, 3.Glc-Au, 4. Washing liquid residue + EtBr. 図3aはHer-2/neu siRNAでトランスフェクションした48時間後の、等容積のSKBR3細胞の溶解物から得たHer-2/neuタンパク質のウェスタンブロットを示す図である。C=対照(未処理)細胞、Au=RNAiFectamineを用いない、金ナノ粒子と結合しているsiRNAで処理した細胞。S= RNAiFectamineを用いたサイレンシングsiRNA、NS= RNAiFectamineを用いた非サイレンシングsiRNA。FIG. 3a shows a Western blot of Her-2 / neu protein obtained from lysates of equal volumes of SKBR3 cells 48 hours after transfection with Her-2 / neu siRNA. C = control (untreated) cells, Au = cells treated with siRNA bound to gold nanoparticles without RNAiFectamine. S = silencing siRNA using RNAiFectamine, NS = non-silencing siRNA using RNAiFectamine. 図3bはHer-2/neu siRNAでトランスフェクションした72時間後の、等容積のOVCAR細胞溶解物から得たHer-2/neuタンパク質のウェスタンブロットを示す図である。C=対照(未処理)細胞、Au= RNAiFectamineを用いない、金ナノ粒子と結合しているsiRNAで処理した細胞。FIG. 3b shows a Western blot of Her-2 / neu protein obtained from an equal volume of OVCAR cell lysate 72 hours after transfection with Her-2 / neu siRNA. C = control (untreated) cells, Au = cells treated with siRNA bound to gold nanoparticles without RNAiFectamine. siRNA と炭水化物リガンドとを含む本発明の好ましいナノ粒子の模式図を示す図である。FIG. 2 shows a schematic diagram of a preferred nanoparticle of the invention comprising siRNA and a carbohydrate ligand. siRNA単独で(A)またはsiRNA-ナノ粒子で(B)、1000個の細胞当たり0.25μg(菱形)、0.5μg(四角)、1.0μg(三角)、1.5μg(灰色×)および2.0μg(黒色×)siRNA-ナノ粒子でトランスフェクトされたOVCAR細胞に関する細胞増殖に対する効果を示す図である。X軸=日、Y軸=細胞数(log10)。siRNA alone (A) or siRNA-nanoparticle (B), 0.25 μg (diamond), 0.5 μg (square), 1.0 μg (triangle), 1.5 μg (gray ×) and 2.0 μg (black) per 1000 cells (X) Effect on cell proliferation for OVCAR cells transfected with siRNA-nanoparticles. X axis = day, Y axis = cell count (log 10 ). トランスフェクト試薬を用いて、および用いずに、siRNA-ナノ粒子でトランスフェクトされたOVCAR細胞に関する細胞増殖に対する効果を示す図である。3濃度のナノ粒子を用いた: 1:トランスフェクション試薬あり(四角)およびトランスフェクション試薬なし(菱形)、 2:トランスフェクション試薬あり(灰色×)およびトランスフェクション試薬なし(三角)、 3:トランスフェクション試薬あり(丸)およびトランスフェクション試薬なし(黒色×)。X軸=日、Y軸=細胞数(log10)FIG. 2 shows the effect on cell proliferation for OVCAR cells transfected with siRNA-nanoparticles with and without transfection reagent. Three concentrations of nanoparticles were used: 1: with transfection reagent (square) and without transfection reagent (diamond), 2: with transfection reagent (gray ×) and without transfection reagent (triangle), 3: transfection With reagent (circle) and no transfection reagent (black x). X axis = day, Y axis = number of cells (log 10 )

Claims (31)

in vivoにて標的遺伝子をダウンレギュレートするための医薬の製造におけるナノ粒子の使用であって、該ナノ粒子は原子を含有するコアを含み、該コアが複数のリガンドと共有結合しており、該リガンドがsiRNAリガンド、miRNAリガンドおよびshRNAリガンドからなる群から選択されるRNAリガンドを含み、該ナノ粒子がチオールリンカー基を介してRNAリガンドと共有結合しており、該RNAリガンドが該標的遺伝子に特異的な配列を有する、上記使用。 The use of nanoparticles in the manufacture of a medicament order to you downregulating the target gene by in vivo, the nanoparticles comprise a core containing gold atoms, the core is covalently linked to a plurality of ligands and which, said ligand siRNA ligands, see containing a RNA ligand selected from the group consisting of miRNA ligand and shRNA ligands, the nanoparticle is covalently bound to the RNA ligand through a thiol linker group, the RNA ligand The use as described above having a sequence specific to the target gene . 標的遺伝子をダウンレギュレートするための医薬が、癌、ウイルス感染または眼の黄斑変性症を治療するためのものである、請求項1に記載の使用。 Medicament for downregulating the target gene, is for treating cancer, viral infection or eye macular degeneration Use according to claim 1. 癌が乳癌であるか、またはウイルスがHIV、肝炎もしくはインフルエンザである、請求項2に記載の使用。   Use according to claim 2, wherein the cancer is breast cancer or the virus is HIV, hepatitis or influenza. ナノ粒子が炭水化物基を含むリガンドをさらに含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の使用。 4. Use according to any one of claims 1 to 3 , wherein the nanoparticles further comprise a ligand comprising a carbohydrate group. RNAリガンドの長さが17リボヌクレオチドと30リボヌクレオチドの間である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の使用。 Use according to any one of claims 1 to 4 , wherein the length of the RNA ligand is between 17 and 30 ribonucleotides. リガンドがsiRNAリガンドであり、2リボヌクレオチドの3'オーバーハングを含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の使用。 6. Use according to any one of claims 1-5 , wherein the ligand is a siRNA ligand and comprises a 3 'overhang of 2 ribonucleotides. RNA分子の第1センスまたはアンチセンス鎖が、その5'および/または3'末端を介してナノ粒子コアと共有結合している、請求項1〜6のいずれか一項に記載の使用。 Use according to any one of claims 1 to 6 , wherein the first sense or antisense strand of the RNA molecule is covalently linked to the nanoparticle core via its 5 'and / or 3' end. 第1鎖と相補的であるRNA分子の第2鎖はRNA分子の第1鎖とアニーリングする、請求項7に記載の使用。 8. Use according to claim 7 , wherein the second strand of the RNA molecule that is complementary to the first strand anneals with the first strand of the RNA molecule. 第2のRNA鎖が、その5'および/または3'末端を介してナノ粒子コアと共有結合している、請求項8に記載の使用。 9. Use according to claim 8 , wherein the second RNA strand is covalently attached to the nanoparticle core via its 5 'and / or 3' end. RNA分子の第1および第2鎖はナノ粒子コアと個別に結合しているが、後に一緒になってアニーリングする、請求項8または9に記載の使用。 Use according to claim 8 or 9 , wherein the first and second strands of the RNA molecule are individually associated with the nanoparticle core, but later anneal together. RNAリガンドがmiRNAリガンドであり、ヘアピンを含む、請求項1〜5または710のいずれか一項に記載の使用。 An RNA ligand miRNA ligand comprises a hairpin Use according to any one of claims 1 to 5 or 7-10. RNAリガンドがshRNAリガンドである、請求項1〜5または710のいずれか一項に記載の使用。 RNA ligand is a shRNA ligands Use according to any one of claims 1 to 5 or 7-10. shRNAリガンドの長さが40塩基と100塩基の間である、請求項12に記載の使用。 13. Use according to claim 12 , wherein the length of the shRNA ligand is between 40 and 100 bases. shRNAリガンドがヘアピンで二本鎖のステムを有し、この二本鎖のステムの長さが19塩基対と30塩基対の間である、請求項12または13に記載の使用。 14. Use according to claim 12 or 13 , wherein the shRNA ligand is a hairpin and has a double stranded stem, the length of the double stranded stem being between 19 and 30 base pairs. RNAリガンドがHer2遺伝子配列に基づくものである、請求項1〜14のいずれか一項に記載の使用。 15. Use according to any one of claims 1 to 14 , wherein the RNA ligand is based on the Her2 gene sequence. ナノ粒子が標識を含む、請求項1〜15のいずれか一項に記載の使用。 16. Use according to any one of claims 1 to 15 , wherein the nanoparticles comprise a label. 標識が蛍光基、放射性核種、磁性標識、色素、NMR活性原子または表面プラズモン共鳴を用いて検出できる原子である、請求項16に記載の使用。 17. Use according to claim 16 , wherein the label is a fluorescent group, a radionuclide, a magnetic label, a dye, an NMR active atom or an atom that can be detected using surface plasmon resonance. (a)蛍光基がフルオレセイン、ローダミンまたはテトラメチルローダミン、テキサスレッド、Cy3もしくはCy5であるか;または
(b)放射性核種が99mTc、32P、33P、57Co、59Fe3+67Cu2+67Ga3+68Ge、82Sr、99Mo、103Pd、111In3+125I、131I、137Cs、153Gd、153Sm、158Au、186Re、201Tl+39Y3+71Lu3+もしくは24Cr2+であるか;または
(c)磁性標識がMn+2、Gd+3、Eu+2、Cu+2、V+2、Co+2、Ni+2、Fe+2、Fe+3もしくはランタニド+3を含む常磁性基であるか;または
(d)NMR活性原子がMn+2、Gd+3、Eu+2、Cu+2、V+2、Co+2、Ni+2、Fe+2、Fe+3もしくはランタニド+3である、
請求項17に記載の使用。
(a) the fluorescent group is fluorescein, rhodamine or tetramethylrhodamine, Texas Red, Cy3 or Cy5; or
(b) Radionuclides are 99m Tc, 32 P, 33 P, 57 Co, 59 Fe 3+ , 67 Cu 2+ , 67 Ga 3+ , 68 Ge, 82 Sr, 99 Mo, 103 Pd, 111 In 3+ , 125 I, 131 I, 137 Cs, 153 Gd, 153 Sm, 158 Au, 186 Re, 201 Tl + , 39 Y 3+ , 71 Lu 3+ or 24 Cr 2+ ; or
(c) Paramagnetic group whose magnetic label contains Mn +2 , Gd +3 , Eu +2 , Cu +2 , V +2 , Co +2 , Ni +2 , Fe +2 , Fe +3 or lanthanide +3 Or
(d) the NMR active atom is Mn +2 , Gd +3 , Eu +2 , Cu +2 , V +2 , Co +2 , Ni +2 , Fe +2 , Fe +3 or lanthanide +3 ,
Use according to claim 17 .
ナノ粒子が水溶性である、請求項1〜18のいずれか一項に記載の使用。 19. Use according to any one of claims 1 to 18 , wherein the nanoparticles are water soluble. (a)ナノ粒子のコアの平均直径が0.5と10nmの間であるか;または
(b)ナノ粒子のコアの平均直径が1と5nmの間であるか;または
(c)リガンドを含むナノ粒子の平均直径が10と30nmの間である、
請求項1〜19のいずれか一項に記載の使用。
(a) the average diameter of the core of the nanoparticles is between 0.5 and 10 nm; or
(b) the average diameter of the core of the nanoparticles is between 1 and 5 nm; or
(c) the average diameter of the nanoparticles containing the ligand is between 10 and 30 nm,
Use according to any one of claims 1 to 19.
ナノ粒子が複数の異なる種類のRNAリガンドを含む、請求項1〜20のいずれか一項に記載の使用。 21. Use according to any one of claims 1 to 20 , wherein the nanoparticles comprise a plurality of different types of RNA ligands. (a)リガンドがペプチド、タンパク質ドメイン、核酸セグメントもしくは炭水化物基をさらに含むか;または
(b)リガンドが多糖、オリゴ糖もしくは単糖基をさらに含むか;または
(c)リガンドが糖ナノ複合体をさらに含むか;または
(d)リガンドが糖脂質もしくは糖タンパク質を含む糖ナノ複合体をさらに含む、
請求項1〜21のいずれか一項に記載の使用。
(a) the ligand further comprises a peptide, protein domain, nucleic acid segment or carbohydrate group; or
(b) the ligand further comprises a polysaccharide, oligosaccharide or monosaccharide group; or
(c) the ligand further comprises a sugar nanocomplex; or
(d) the ligand further comprises a sugar nanocomplex comprising a glycolipid or glycoprotein,
Use according to any one of claims 1 to 21 .
標的遺伝子をダウンレギュレートするためのin vitro方法であって、該遺伝子を含む細胞を、請求項1〜22のいずれか一項に定義されるナノ粒子と接触させることを含む、上記方法。 A in vitro method for downregulating the target gene, comprising a cell containing the gene is contacted with the nanoparticles as defined in any one of claims 1 to 22 said method. 標的遺伝子の一時的なノックアウトをもたらす、請求項23に記載の方法。 24. The method of claim 23 , wherein the method results in a temporary knockout of the target gene. 同一のナノ粒子にコンジュゲートしているか、または少なくとも2種の異なる種類のナノ粒子の組成物中に存在している、少なくとも2種の異なるRNAリガンドを有するナノ粒子を用いて、経路中少なくとも2種の遺伝子の発現をダウンレギュレートする、請求項23または24に記載の方法。 At least two in the pathway using nanoparticles with at least two different RNA ligands conjugated to the same nanoparticle or present in a composition of at least two different types of nanoparticles 25. A method according to claim 23 or 24 , wherein the expression of a species gene is downregulated. 経路が炎症経路、抗ウイルス経路、癌におけるシグナル伝達経路、転移経路または代謝経路である、請求項25に記載の方法。 26. The method of claim 25 , wherein the pathway is an inflammatory pathway, an antiviral pathway, a signaling pathway in cancer, a metastatic pathway or a metabolic pathway. RNAリガンドが遺伝子ファミリーの保存されたドメインに基づいており、遺伝子ファミリーの複数のメンバーの発現をダウンレギュレートする、請求項2326のいずれか一項に記載の方法。 27. A method according to any one of claims 23 to 26 , wherein the RNA ligand is based on a conserved domain of the gene family and down regulates the expression of multiple members of the gene family. サンプルまたは細胞中のRNAを検出またはイメージングするためのin vitro方法における、請求項1〜22のいずれか一項に定義されるナノ粒子の使用。 23. Use of a nanoparticle as defined in any one of claims 1 to 22 in an in vitro method for detecting or imaging RNA in a sample or cell. 請求項1〜23のいずれか一項に定義されるナノ粒子を用いる、サンプルまたは細胞中のmRNAを検出および/またはイメージングするin vitro方法であって、ナノ粒子上に存在するRNAリガンドが標的mRNAと相互作用し、ナノ粒子-RNA-mRNA複合体を検出できる条件下で、ナノ粒子を標的mRNAを含有するサンプルまたは細胞と接触させることを含む方法。 24. An in vitro method for detecting and / or imaging mRNA in a sample or cell using nanoparticles as defined in any one of claims 1 to 23 , wherein the RNA ligand present on the nanoparticles is the target mRNA. Contacting the nanoparticle with a sample or cell containing the target mRNA under conditions that interact with the nanoparticle and detect the nanoparticle-RNA-mRNA complex. 複合体を検出するステップがナノ粒子の固有の特性を用いるか、またはナノ粒子と関連している標識を検出することによる、請求項29に記載の方法。 30. The method of claim 29 , wherein the step of detecting the complex uses the intrinsic property of the nanoparticle or by detecting a label associated with the nanoparticle. 肺に送達するための医薬を調製するための請求項1〜23のいずれか一項に定義されるナノ粒子を含むエアゾール組成物の使用であって、該ナノ粒子がイメージングのための標識を含むか、または哺乳類の肺に影響を及ぼす状態の治療のためのものである使用。 Use of an aerosol composition comprising nanoparticles as defined in any one of claims 1 to 23 for the preparation of a medicament for delivery to the lung, wherein the nanoparticles comprise a label for imaging Use that is or for the treatment of a condition that affects the lungs of a mammal.
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